MX2014006031A - Metodo para formar una estructura de microleds y arreglo de estructuras de microleds con una capa electricamente asilante. - Google Patents

Metodo para formar una estructura de microleds y arreglo de estructuras de microleds con una capa electricamente asilante.

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Abstract

Se describe un método para fabricar y transferir un microdispositivo y un arreglo de microdispositivos a un sustrato receptor. En una modalidad, una capa eléctricamente aislante se utiliza como capa de detención de grabado durante el grabado al ácido de una capa de diodos p-n para formar una pluralidad de microdiodos p-n. En una modalidad, una capa de enlace intermedia eléctricamente conductora se utiliza durante la formación y transferencia de los microdispositivos al sustrato receptor.

Description

MÉTODO PARA FORMAR UNA ESTRUCTURA DE MICROLEDS Y ARREGLO DE ESTRUCTURAS DE MICROLEDS CON UNA CAPA ELÉCTRICAMENTE AISLANTE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con microdispositivos semiconductores. De manera más particular, las modalidades de la presente invención se relacionan con un método para formar un arreglo de microdispositivos tales como diodos emisores de luz (LEDs) y transferirse a un sustrato diferente.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se espera que los diodos emisores de luz (LEDs) con base en nitruro de galio (GaN) se utilicen en el futuro en aplicaciones de iluminación de alta eficiencia, reemplazando las lámparas de iluminación incandescentes y fluorescentes. Los dispositivos de LEDs basados en GaN actuales se preparan por técnicas de crecimiento heteroepitaxial sobre materiales de sustrato ajeno. Una estructura típica de dispositivo de LEDs a nivel de oblea puede incluir una capa de GaN de dopaje n inferior formada sobre un sustrato de crecimiento de zafiro, un solo pozo cuántico (SQW) o múltiples pozos cuánticos (MWQ), y una capa de GaN de dopaje p superior.
En una implementación, la estructura de dispositivo de LEDs a nivel de oblea se graba en un arreglo de mesas en el sustrato de crecimiento de zafiro por grabado al ácido a través de la capa de GaN de dopaje p superior, capa de pozos cuánticos, y hacia la capa de GaN de dopaje n. Un electrodo p superior se forma en las superficies de GaN de dopaje p superior del arreglo de mesas, y un electrodo n se forma en una porción de la capa de GaN de dopaje n que se encuentra en contacto con el arreglo de mesas. Los dispositivos de LEDs de mesa permanecen en el sustrato de crecimiento de zafiro en el producto final.
En otra implementación, la estructura de dispositivo de LEDs a nivel de oblea se transfiere del sustrato de crecimiento a un sustrato aceptor tal como el silicio, el cual tiene la ventaja de trocearse más fácilmente para formar chips individuales que una estructura compuesta de GaN/zafiro. En esta implementación, la estructura de dispositivo de LEDs a nivel de oblea se enlaza de manera permanente al sustrato aceptor (silicio) con una capa de enlace permanente. Por ejemplo, el electrodo p formado en las superficies de GaN de dopaje p del arreglo de mesas puede enlazarse al sustrato aceptor (silicio) con una capa de enlace permanente. El sustrato de crecimiento de zafiro entonces se remueve para exponer la estructura de dispositivo de LEDs a nivel de oblea invertida, la cual entonces se adelgaza para exponer el arreglo de mesas. Los contactos n entonces se elaboran con el GaN de dopaje n expuesto, y los contactos p se elaboran en la superficie de silicio que se encuentra en contacto eléctrico con el electrodo p. Los dispositivos de LEDs de mesa permanecen en el sustrato aceptor en el producto final. La combinación GaN/silicio también puede trocearse para formar chips individuales.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN Se describe un microdiodo emisor de luz (LED) y un método para formar un arreglo de microLEDs para transferirse a un sustrato receptor. Por ejemplo, el sustrato receptor puede ser, pero no se limita a, un sustrato de visualización, un sustrato de iluminación, un sustrato con dispositivos funcionales tales como transistores o circuitos integrados (IC), o un sustrato con líneas metálicas de redistribución. En una modalidad, una estructura de microLEDs incluye un microdiodo p-n, una pila de metalización reflectante por debajo de una superficie inferior del microdiodo p-n, y un espaciador eléctricamente aislante que se extiende a una porción de las paredes laterales de la pila de metalización reflectante y que rodea lateralmente la pila de metalización reflectante, donde la pila de metalización reflectante se encuentra entre el microdiodo p-n y una capa de enlace formada en un sustrato. En una modalidad, la capa de enlace tiene una temperatura de liquidus de aproximadamente 350 °C o inferior y, más específicamente, de alrededor de 200 °C o inferior. En una modalidad, la capa de enlace es una capa de enlace aleada. Por ejemplo, la capa de enlace puede ser una aleación de indio-plata (InAg). Dependiendo de la manera de formación, la capa de enlace puede tener una concentración uniforme o una concentración por gradientes. El espaciador eléctricamente aislante puede extenderse a una porción de una superficie inferior de la pila de metalización. El espaciador eléctricamente aislante puede extenderse a una porción de la superficie inferior del microdiodo p-n. Una capa de barrera dieléctrica de conformación puede extenderse a las paredes laterales del microdiodo p-n y extenderse parcialmente a la superficie inferior del microdiodo p-n.
En una modalidad, un método para formar un arreglo de microLEDs incluye enlazar una primera pila de sustrato a una capa de enlace en una segunda pila de sustrato. La primera pila de sustrato puede incluir una capa de diodos p-n formada en un sustrato de crecimiento, una pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas en la capa de diodos p-n, y una capa grabada eléctricamente aislante lateralmente entre la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas en la capa de diodos p-n. En una modalidad, la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas en la capa de diodos p-n puede grabarse, seguido por deposición de la capa eléctricamente aislante antes de enlazar la primera pila de sustrato a la capa de enlace en la segunda pila de sustrato. La capa eléctricamente aislante también puede grabarse para formar una pluralidad de aberturas que exponen la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas, seguido por deposición de una primera capa de enlace eléctricamente conductora sobre la capa grabada eléctricamente aislante y la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas.
La primera pila de sustrato puede incluir una primera capa de enlace eléctricamente conductora sobre la capa grabada eléctricamente aislante y la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas. El enlace de la primera pila de sustrato a la segunda pila de sustrato puede incluir enlazar la primera capa de enlace eléctricamente conductora a la segunda capa de enlace eléctricamente conductora. En una modalidad, la primera capa de enlace eléctricamente conductora y la segunda capa de enlace eléctricamente conductora se forman del mismo material, y se enlazan por fusión. Por ejemplo, el material de las dos capas de enlace puede tener una temperatura de liquidus de aproximadamente 350 °C o inferior o, más específicamente, de alrededor de 200 °C o inferior. En una modalidad, la primera y segunda capas de enlace eléctricamente conductoras se forman de indio.
En una modalidad, el enlace de la primera capa de enlace eléctncamente conductora y la segunda capa de enlace eléctricamente conductora forma una capa de enlace aleada. Las dos capas de enlace que forman la capa de enlace aleada pueden formar una aleación con una temperatura de liquidus de aproximadamente 350 °C o inferior o, más específicamente, de alrededor de 200 °C o inferior. Como ejemplo, la primera capa de enlace eléctricamente conductora puede incluir plata, y la segunda capa de enlace eléctricamente conductora puede incluir indio.
Alternativamente, la primera capa de enlace eléctricamente conductora puede incluir indio, y la segunda capa de enlace eléctricamente conductora puede incluir plata. El grosores relativo de las capas de enlace puede controlarse para conservar la temperatura de liquidus de la capa de enlace aleada dentro de un intervalo utilizable. En una modalidad, una de la primera y segunda capas de enlace eléctricamente conductoras tiene un grosor que es 5%, o menos, de un grosor de la otra de la primera y segunda capas de enlace eléctricamente conductoras. El enlace de las dos capas de enlace en conjunto puede resultar en que una o las dos capas de enlace eléctricamente conductoras se consuma completamente en la capa de enlace aleada resultante en ubicaciones donde las capas de enlace eléctricamente conductoras hacen contacto entre sí. El primer sustrato entonces se remueve, y el diodo p-n entonces se graba al ácido por completo para formar una pluralidad de microdiodos p-n sobre la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas para exponer la capa grabada eléctricamente aislante lateralmente entre la pluralidad de microdiodos p-n. En una modalidad, el grabado al ácido a través de la capa de diodos p-n para formar la pluralidad de microdiodos p-n se realiza al utilizar una técnica de grabado por plasma. La pluralidad de microdiodos p-n puede incluir una superficie superior, una superficie inferior, y paredes laterales ahusadas, donde la superficie inferior es más ancha que la superficie superior. Después de la formación de la pluralidad de microdiodos p-n, la capa grabada eléctricamente aislante puede grabarse al ácido para exponer una superficie inferior de cada uno de la pluralidad de microdiodos p-n. Una capa de barrera dieléctrica de conformación entonces puede formarse en las superficies laterales y una porción de la superficie inferior de cada uno de la pluralidad de microdiodos p-n. La capa dieléctrica de conformación puede cubrir las superficies laterales de la capa de pozos cuánticos en cada uno de la pluralidad de microdiodos p-n.
En una modalidad, un método para transferir uno o más microLEDs a un sustrato receptor incluye colocar un cabezal de transferencia sobre un sustrato portador que tiene un arreglo de estructuras de microLEDs dispuesto en el mismo. Cada estructura de microLEDs incluye un microdiodo p-n, una pila de metalización reflectante por debajo de una superficie inferior del microdiodo p-n, y un espaciador eléctricamente aislante que se extiende a una porción de las paredes laterales de la pila de metalización reflectante y que rodea lateralmente la pila de metalización reflectante, con la pila de metalización reflectante entre el microdiodo p-n y una capa de enlace en el sustrato portador. Se realiza una operación para crear un cambio de estado en la capa de enlace para por lo menos una de las estructuras de microLEDs. Por ejemplo, la operación puede incluir calentar la capa de enlace por arriba de una temperatura de liquidus de la capa de enlace, con la temperatura de liquidus en 350 °C o inferior o, más específicamente, 200 °C o inferior. La capa de enlace también puede ser una capa de enlace aleada, tal como una capa de enlace aleada de Ag-ln, o una capa de enlace enlazada por fusión, tal como una capa de enlace de In-ln.
El microdiodo p-n, pila de metalización reflectante, y espaciador eléctricamente aislante para al menos una de las estructuras de microLEDs se recoge con un cabezal de transferencia. En algunas modalidades, una porción sustancial, tal como aproximadamente la mitad de un grosor de la capa de enlace, también se recoge. En algunas modalidades, una capa de barrera dieléctrica de conformación que se extiende a las paredes laterales, y una superficie inferior del microdiodo p-n también se recoge. La estructura de microLEDs que se ha recogido con el cabezal de transferencia entonces se coloca sobre un sustrato receptor. El transfer cabeza puede operar de acuerdo con una diversidad de principios, incluyendo el cabezal de transferencia que ejerce una presión de recolección en la estructura de microLEDs de acuerdo con principios electrostáticos. También puede aplicarse calor a la capa de enlace para crear el cambio de estado a partir de una diversidad de fuentes, incluyendo transferencia térmica localizada, transferencia térmica a través del sustrato portador, y transferencia térmica a través del cabezal de transferencia, y combinaciones de las mismas. En una modalidad, un método para fabricar un microdispositivo, tal como un microdispositivo de LEDs, incluye enlazar una primera pila de sustrato a una segunda pila de sustrato con una capa de enlace eléctricamente conductora intermediar que tiene una temperatura de liquidus de 350 °C o inferior o, más específicamente, 200 °C o inferior. Una capa de dispositivo activa, tal como una capa de diodos p-n, que puede contener una capa de pozos cuánticos, en la primera pila de sustrato, entonces se graba para formar una pluralidad de microdispositivos. Una región de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia entonces se calienta a su temperatura de liquidus o superior, y por lo menos uno de la pluralidad de microdispositivos se recoge, en conjunto con una porción de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia, con un cabezal de transferencia. El microdispositivo y la porción de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia entonces se colocan sobre una capa de enlace receptora eléctricamente conductora en un sustrato receptor, y la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia y la capa de enlace receptora eléctricamente conductora se enlazan en conjunto para formar una capa de enlace aleada permanente que tiene una temperatura de liquidus por arriba de 150 °C o, más específicamente, por arriba de 200 °C o por arriba de 250 °C. Por ejemplo, la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia puede ser una capa de metal puro, capa de enlace aleada, o capa enlazada por fusión.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1A es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un sustrato de LEDs de volumen, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 1 B es una ilustración en vista lateral en sección transversal de una capa de pilas de metalización reflectantes grabadas, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 1 C es una ilustración en vista lateral en sección transversal de una capa eléctricamente aislante formada sobre y lateralmente entre una pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas, de acuerdo con una modalidad de la invención.
Las Figuras D- F incluyen ilustraciones en vistas superior y lateral en sección transversal de una capa grabada eléctricamente aislante lateralmente entre una pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas, de acuerdo con una modalidad de la invención.
Las Figuras 1 G-1 I son ilustraciones en vista lateral en sección transversal de una capa de adhesión y una capa de enlace eléctricamente conductora formada sobre una capa grabada eléctricamente aislante y una pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas, de acuerdo con una modalidad de la invención.
Las Figuras 1 J-1 L son ilustraciones en vista lateral en sección transversal de una capa de adhesión grabada y una capa de enlace eléctricamente conductora, de acuerdo con una modalidad de la invención.
Las Figuras 2A-2E son ilustraciones en vista lateral en sección transversal de un sustrato portador con capa de enlace, de acuerdo con una modalidad de la invención.
Las Figuras 3A-3B son ilustraciones en vista lateral en sección transversal del enlace de un sustrato de crecimiento y sustrato portador en conjunto, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 4A es un diagrama de fase binaria Ag-ln, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 4B es un diagrama de fase binaria Au-ln, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 4C es un diagrama de fase binaria Al-ln, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 5 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de varias posibles estructuras para el sustrato de crecimiento y sustrato portador antes de enlazarse en conjunto, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 5' es una ilustración en vista lateral en sección transversal de varias posibles estructuras después de enlazar el sustrato de crecimiento y sustrato portador en conjunto, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 6 es una ilustración en vista lateral en sección transversal del sustrato de crecimiento removido de la estructura enlazada, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 7 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de una capa de diodos p-n adelgazada, de acuerdo con una modalidad de la invención.
Las Figuras 8-8' son ilustraciones en vista lateral en sección transversal del grabado al ácido de la capa de diodos p-n para formar microdiodos p-n, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La FIG. 8" es una ilustración en vista lateral en sección transversal del grabado al ácido de una capa grabada eléctricamente aislante para exponer una superficie inferior de cada uno de una pluralidad de microdiodos p-n, de acuerdo con una modalidad de la invención.
Las Figuras 9-9' son ilustraciones en vista lateral en sección transversal de la formación de aberturas de contacto en un arreglo de microLEDs, de acuerdo con una modalidad de la invención.
Las Figuras 10-10" son ilustraciones en vista lateral en sección transversal de la formación de aberturas de contacto en un arreglo de microLEDs, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 1 1 es una vista lateral en sección transversal de un arreglo de estructuras de microLEDs en un sustrato portador, de acuerdo con una modalidad de la invención. Las Figuras 12A-12B incluyen ilustraciones en vista superior y lateral en sección transversal de una oblea portadora y arreglo de estructuras de microLEDs, incluyendo microdiodos p-n, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 13 es una ilustración de un método para recoger y transferir una estructura de microLEDs de un sustrato portador a un sustrato receptor, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 14 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un cabezal de transferencia que recoge una estructura de microLEDs de un sustrato portador, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 15 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un sustrato receptor con una estructura de microLEDs, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 16 es un diagrama de flujo que ilustra a método para fabricar un arreglo de microdispositivos, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 17 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un sustrato receptor con una capa de enlace eléctricamente conductora, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 18 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de una estructura de microLEDs enlazada a un sustrato receptor, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 19A es una ilustración gráfica que muestra la presión requerida para superar la fuerza de la tensión superficial para recoger un microdispositivo de diversas dimensiones, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 19B es una ilustración gráfica de la relación entre la tensión superficial y la distancia de separación creciente creada durante una operación de recolección, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 19C es una ilustración gráfica de la relación entre las presiones de fuerza de viscosidad y la distancia de separación creciente creada durante una operación de recolección a diversas tasas de extracción, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 19D es una ilustración gráfica obtenida por análisis de modelado que muestra la presión de sujeción ejercida por un cabezal de transferencia sobre un microdispositivo a medida que el cabezal de transferencia se retrae del microdispositivo, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 20 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un cabezal de transferencia de microdispositivo bipolar, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 21 es un diagrama de flujo que ilustra un método para recoger y transferir un microdispositivo de un sustrato portador a un sustrato receptor, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 22 es un diagrama de flujo que ilustra un método para recoger y transferir un arreglo de microdispositivos de un sustrato portador a por lo menos un sustrato receptor, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 23 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos en contacto con un arreglo de dispositivos de microLEDs, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 24 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos en contacto con un arreglo de dispositivos de microLEDs, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 25 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos que recogen un arreglo de dispositivos de microLEDs, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 26 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos que recogen una porción de un arreglo de dispositivos de microLEDs, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 27 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos con un arreglo de dispositivos de microLEDs colocado sobre un sustrato receptor, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 28 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un microdispositivo liberado de manera selectiva sobre un sustrato receptor, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 29 es un diagrama de flujo que ilustra un método para recoger y transferir un microdispositivo de un sustrato portador a un sustrato receptor, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 30A es una ilustración en vista lateral en sección transversal de una ubicación por lo menos parcialmente fundida de una capa de enlace lateralmente continua, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 30B es una ilustración en vista lateral en sección transversal de ubicaciones por lo menos parcialmente fundidas de una capa de enlace lateralmente continua, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 31A es una ilustración en vista lateral en sección transversal de una ubicación lateralmente separada por lo menos parcialmente fundida de una capa de enlace, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 31 B es una ilustración en vista lateral en sección transversal de ubicaciones por lo menos parcialmente fundidas lateralmente separadas de una capa de enlace, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 32A es una ilustración en vista lateral en sección transversal de una ubicación lateralmente separada por lo menos parcialmente fundida de una capa de enlace en un poste, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 32B es una ilustración en vista lateral en sección transversal de ubicaciones por lo menos parcialmente fundidas lateralmente separadas de una capa de enlace en postes, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 33 es un diagrama de flujo que ¡lustra un método para recoger y transferir un arreglo de microdispositivos de un sustrato portador a por lo menos un sustrato receptor, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 34 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos en contacto con un arreglo de dispositivos de microLEDs, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 35 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos que recogen un arreglo de dispositivos de microLEDs, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 36 es una ilustración en vista lateral de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos con un arreglo de dispositivos de microLEDs colocado sobre un sustrato receptor, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 37 es una ilustración en vista lateral de un arreglo de dispositivos de microLEDs liberados de manera selectiva sobre un sustrato receptor, de acuerdo con una modalidad de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las modalidades de la presente invención describen microdispositivos semiconductores y un método para formar un arreglo de microdispositivos semiconductores tales como microdiodos emisores de luz (LEDs) para la transferencia a un sustrato receptor. Por ejemplo, el sustrato receptor puede ser, pero no se limita a, un sustrato de visualización, un sustrato de iluminación, un sustrato con dispositivos funcionales tales como transistores o circuitos integrados (IC), o un sustrato con líneas metálicas de redistribución. Aunque las modalidades de la presente invención se describen específicamente con respecto a microLEDs que comprenden diodos p-n, debe apreciarse que las modalidades de la invención no se limitan de esta manera, y que ciertas modalidades también pueden ser aplicables a otros microdispositivos semiconductores, los cuales se diseñan de tal manera que se realice, en forma controlada, una función electrónica (por ejemplo diodo, transistor, circuito integrado) o función fotónica (LED, láser) predeterminada.
En diversas modalidades, la descripción se hace con referencia a las figuras. Sin embargo, ciertas modalidades pueden practicarse sin uno o más de estos detalles específicos, o en combinación con otros métodos y configuraciones conocidos. En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles específicos, tales como configuraciones, dimensiones y procesos específicos, etc., con el fin de proporcionar una comprensión completa de la presente invención. En otros casos, procesos semiconductores y técnicas de elaboración reconocidos no se han descrito detalladamente en particular con el fin de no opacar innecesariamente la presente invención. La referencia a lo largo de la especificación a "una modalidad", o similar, significa que un atributo, estructura, configuración o característica particular, descritos en relación con la modalidad, se incluyen por lo menos en una modalidad de la invención. De esta manera, las apariciones de la frase "en una modalidad", o similar, en diversos lugares a lo largo de esta especificación, no necesariamente se refieren a la misma modalidad de la invención. Adicionalmente, los atributos, estructuras, configuraciones o características particulares pueden combinarse en cualquier forma adecuada en una o más modalidades.
Los términos "que se extiende a", "sobre", "a", "entre" y "en", como se utilizan en este documento, pueden referirse a una posición relativa de una capa en relación con otras capas. Una capa "que se extiende a" "sobre" o "en" otra capa o enlazada "a" otra capa, puede estar directamente en contacto con la otra capa o puede tener una o más capas intermedias. Una capa "entre" capas puede estar directamente en contacto con las capas o puede tener una o más capas intermedias. Los términos "microdispositivo", "microdiodo p-n" o "estructura de microLEDs", como se utilizan en este documento, pueden referirse al tamaño descriptivo de ciertos dispositivos o estructuras, de acuerdo con las modalidades de la invención. Como se utilizan en este documento, los términos "microdispositivos" o "microestructuras" pretenden referirse a la escala de 1 a 100 µ??. Sin embargo, debe apreciarse que las modalidades de la presente invención no necesariamente se limitan así, y que ciertos aspectos de las modalidades pueden ser aplicables a escalas de tamaños mayores y posiblemente menores.
En un aspecto, las modalidades de la invención describen un método para procesar un sustrato de LEDs de volumen a un arreglo de estructuras de microLEDs los cuales se encuentran a punto para recogerse y transferirse a un sustrato receptor. En esta forma, es posible integrar y ensamblar estructuras de microLEDs a sistemas integrados de manera heterogénea. Las estructuras de microLEDs pueden recogerse y transferirse individualmente, en grupos, o como todo el arreglo. De esta manera, las estructuras de microLEDs en el arreglo de estructuras de microLEDs se encuentran a punto para recogerse y transferirse a un sustrato receptor tal como un sustrato de visualización de cualquier tamaño que varía de microvisualizadores a visualizadores de gran área, y a altas tasas de transferencia. En algunas modalidades, los arreglos de estructuras de microLEDs que se encuentran a punto para recogerse se describen con un distanciamiento de 10 pm por 10 pm, o distanciamiento de 5 pm por 5 pm. A estas densidades, un sustrato de 15.24 cm (6 pulgadas), por ejemplo, puede dar cabida a aproximadamente 165 millones de estructuras de microLEDs con un distanciamiento de 10 µ?? por 10 pm, o aproximadamente 660 millones de estructuras de microLEDs con un distanciamiento de 5 µ?t? por 5 pm. De esta manera, una alta densidad de estructuras de microdispositivos prefabricados con una funcionalidad específica, puede producirse en una forma en la cual se encuentran a punto para recogerse y transferirse a un sustrato receptor. Las técnicas descritas en este documento no se limitan a estructuras de microLEDs, y también pueden utilizarse en la elaboración de otros microdispositivos.
En otro aspecto, la modalidades de la invención describen una estructura de microLEDs y arreglo de microLEDs en los cuales cada microdiodo p-n se forma sobre una ubicación respectiva de una capa de enlace. Las ubicaciones respectivas de la capa de enlace pueden o pueden no ser ubicaciones separadas lateralmente. Puede realizarse una operación en una ubicación respectiva de la capa de enlace que corresponde a un microLED durante el proceso de recolección de microLEDs en la cual la ubicación respectiva de la capa de enlace se somete a un cambio de estado que ayuda en el proceso de recolección. Por ejemplo, la ubicación respectiva de la capa de enlace puede cambiar de sólida a líquida en respuesta a un ciclo de temperatura. En el estado líquido, la ubicación respectiva de la capa de enlace puede retener el microdiodo p-n en su lugar en un sustrato portador a través de fuerzas de tensión superficial, en tanto que también se proporciona un medio desde el cual el microdiodo p-n es fácilmente liberable. Además, el estado líquido puede actuar como protección o amortiguador para absorber fuerzas ejercidas por un cabezal de transferencia si un cabezal de transferencia hace contacto con la estructura de microLEDs durante el proceso de recolección. En esta forma, el estado líquido puede compensar las faltas de uniformidad en la topografía en el arreglo de microLEDs o arreglo de cabezal de transferencia al alisarse sobre la superficie subyacente en respuesta a las fuerzas compresivas ejercidas por un cabezal de transferencia. En otras modalidades, la ubicación respectiva de la capa de enlace puede no se someterse a un cambio de estado completo. Por ejemplo, la ubicación respectiva de la capa de enlace puede hacerse sustancialmente más maleable en respuesta a un ciclo de temperatura, en tanto que permanece parcialmente en estado sólido. En otra modalidad, la ubicación respectiva de la capa de enlace puede someterse a un cambio de fase cristalina en respuesta a una operación, tal como un ciclo de temperatura.
En otro aspecto, las modalidades de la invención describen una manera para formar una estructura de microLEDs y arreglo de estructuras de microLEDs en donde una capa eléctricamente aislante actúa como capa de detención de grabado durante el grabado al ácido de una capa de diodos p-n para formar una pluralidad de microdiodos p-n. Como resultado, la capa eléctricamente aislante puede funcionar para proteger las paredes laterales de los microdiodos p-n, y una capa de pozos cuánticos localizada dentro de los microdiodos p-n, de la contaminación eléctricamente conductora que podría degradar la funcionalidad de los dispositivos de microLEDs. En una modalidad, la capa eléctricamente aislante actúa como barrera física para la absorción de la capa de enlace a lo largo de la capa de diodos p-n durante el enlace del sustrato de crecimiento al sustrato portador. En una modalidad, la capa eléctricamente aislante actúa como barrera física para la redistribución o revaporización por pulverización catódica de las capas eléctricamente conductoras subyacentes, tal como una capa de enlace eléctricamente conductora durante el grabado al ácido de la capa de diodos p-n para formar la pluralidad de microdiodos p-n. De acuerdo con las modalidades de la invención, la capa eléctricamente aislante se graba después del grabado al ácido de la capa de diodos p-n para formar espaciadores eléctricamente aislantes que se extienden a una porción de las paredes laterales de las pilas de metalización reflectantes, y que rodean lateralmente las pilas de metalización reflectantes del arreglo de estructuras de microLEDs. Los espaciadores eléctricamente aislantes pueden proteger de la oxidación a una capa dentro de las pilas de metalización reflectantes. Por ejemplo, una capa de plata (Ag) puede utilizarse como espejo reflectante dentro de las pilas de metalización reflectantes. Los espaciadores eléctricamente aislantes pueden extenderse a una porción de las paredes laterales de las pilas de metalización reflectantes que incluyen la capa especular reflectante, y proteger las capas especulares reflectantes de la oxidación que potencialmente puede cambiar el color de las capas especulares reflectantes y afectar las propiedades reflectantes de las capas especulares reflectantes.
En otro aspecto, las modalidades de la invención describen una manera para incrementar la adhesión entre un sustrato de crecimiento enlazado a un sustrato portador con una o más capas de enlace de interfase en donde una capa de enlace se forma en cualquiera de los dos o ambos, el sustrato de crecimiento y sustrato portador, antes de enlazar el sustrato de crecimiento y sustrato portador en conjunto. La o las capas de enlace pueden formarse de una diversidad de materiales tales como polímeros termoplásticos, metales y soldaduras. En casos donde una capa de enlace se forma en cada uno del sustrato de crecimiento y sustrato portador, las capas de enlace pueden formarse del mismo o diferentes materiales. En una modalidad, las capas de enlace eléctricamente conductoras del mismo material se forman en el sustrato de crecimiento y sustrato portador y se enlazan por fusión en conjunto. Por ejemplo, dos capas de enlace de indio (o, alternativamente, aleación de indio) pueden enlazarse por fusión en conjunto. En otra modalidad, una capa de enlace aleada eléctricamente conductora se forma al enlazar una primera capa de enlace eléctricamente conductora formada en el sustrato de crecimiento a una segunda capa de enlace eléctricamente conductora formada en el sustrato portador, con la primera y segunda capas de enlace formadas de diferentes materiales. De acuerdo con las modalidades de la invención, la capa de enlace resultante, ya sea una sola capa, capa enlazada por fusión, o capa enlazada por aleación, tiene una temperatura de fusión o de liquidus de 350 °C o inferior o, de manera más particular, 200 °C o inferior. En el estado líquido, la capa de enlace puede retener la estructura de microLEDs en su lugar en un sustrato portador a través de fuerzas de tensión superficial, en tanto que también se proporciona un medio desde el cual la estructura de microLEDs es fácilmente liberable. De esta manera, la capa de enlace, formada ya sea como una sola capa en cualquiera del sustrato de crecimiento o sustrato portador, por enlace por fusión, o enlace por aleación, puede proporcionar adhesión durante la formación de las estructuras de microLEDs, en tanto que se retiene una temperatura de liquidus o de fusión suficientemente baja para emplearse como medio temporal a partir del cual pueden removerse las estructuras de microLEDs.
En referencia ahora a la Figura 1 , una capa de dispositivo semiconductor 1 10 puede formarse en un sustrato 101. En una modalidad, la capa de dispositivo semiconductor 1 10 puede incluir una o más capas y se diseña de tal modo que se realice, de manera controlada, una función electrónica (por ejemplo diodo, transistor, circuito integrado) o función fotónica (LED, láser) predeterminada. Debe apreciarse que, aunque la capa de dispositivo semiconductor 110 puede diseñarse de tal modo que se realice de manera controlada una función predeterminada, la capa de dispositivo semiconductor 110 no puede hacerse funcional completamente. Por ejemplo, los contactos tales como un ánodo o cátodo no pueden formarse todavía. Por motivos de concisión y para no opacar las modalidades de la invención, se hace la siguiente descripción con respecto a la capa de dispositivo semiconductor 1 10 como una capa de diodos p-n 1 10 hecha crecer en un sustrato de crecimiento 101 de acuerdo con condiciones de crecimiento heterogéneas convencionales. La capa de diodos p-n 1 10 puede incluir un semiconductor compuesto que tiene una brecha energética que corresponde a una región específica en el espectro. Por ejemplo, la capa de diodos p-n 1 10 puede incluir una o más capas con base en materiales ll-VI (por ejemplo, ZnSe) o materiales lll-V incluyendo materiales de nitruros lll-V (por ejemplo, GaN, AIN, InN, InGaN, y sus aleaciones) y materiales de fosfuros lll-V (por ejemplo, GaP, AlGalnP, y sus aleaciones). El sustrato de crecimiento 101 puede incluir cualquier sustrato adecuado tales como, pero sin limitarse a, silicio, SiC, GaAs, GaN y zafiro (Al203).
En una modalidad particular, el sustrato de crecimiento 101 es zafiro, y la capa de diodos p-n 1 10 se forma de GaN. A pesar del hecho de que el zafiro tiene una constante de red mayor e incompatibilidad de coeficiente de expansión térmica en relación con el GaN, el zafiro es de costo razonablemente bajo, ampliamente disponible y su transparencia es compatible con las técnicas de levantamiento basado en láser de excímeros (LLO). En otra modalidad, otro material tal como SiC puede utilizarse como el sustrato de crecimiento 101 para una capa de diodos p-n de GaN 1 0. Como el zafiro, los sustratos de SiC pueden ser transparentes. Varias técnicas de crecimiento pueden utilizarse para el crecimiento de la capa de diodos p-n 110 tal como la deposición química metalorgánica de vapor (MOCVD). El GaN, por ejemplo, puede hacerse crecer al introducir de manera simultánea los precursores trimetilgalio (TMGa) y amoniaco (NH3) en una cámara de reacción con el sustrato de crecimiento de zafiro 101 calentado a una temperatura elevada tal como 800 °C a 1000 °C. En la modalidad particular ilustrada en la Figura 1A, la capa de diodos p-n 1 10 puede incluir una capa de GaN de volumen 1 12, una capa de dopaje n 1 14, un pozo cuántico 1 16 y la capa de dopaje p 1 18. La capa de GaN de volumen 12 puede ser de dopaje n debido a la contaminación por silicio u oxígeno, o puede doparse intencionalmente con un donador tal como el silicio. La capa de GaN de dopaje n 1 14 asimismo puede doparse con un donador tal como el silicio, en tanto que la capa de dopaje p 1 18 puede doparse con un aceptor tal como el magnesio. Una diversidad de configuraciones alternativas de diodos p-n puede utilizarse para formar la capa de diodos p-n 1 10. Asimismo, una diversidad de configuraciones de un solo pozo cuántico (SQW) o múltiples pozos cuánticos (MQW) puede utilizarse para formar el pozo cuántico 1 16. Además, diversas capas intermedias pueden incluirse según convenga. En una modalidad, el sustrato de crecimiento de zafiro 101 tiene un grosor de aproximadamente 200 pm, la capa de GaN de volumen 112 tiene un grosor de aproximadamente 0.5 µ?t? -5 pm, la capa de dopaje n 1 14 tiene un grosor de aproximadamente 0.1 µ?t? -3 µ?t?, la capa de pozos cuánticos 1 16 tiene un grosor menor a aproximadamente 0.3 µ?? y la capa de dopaje p 118 tiene un grosor de aproximadamente 0.1 µ?t? - 1 pm.
Una capa de pilas de metalización reflectantes 123 puede entonces formarse sobre la capa de diodos p-n 1 10. Como se ilustra en la Figura 1A, la capa de pilas de metalización reflectantes 123 puede incluir una capa de electrodos 122 y, opcionalmente, una capa de barrera 124, aunque otras capas pueden incluirse. La capa de electrodos 122 y capa de barrera 124 también pueden incluir múltiples capas. En una modalidad, la capa de pilas de metalización reflectantes tiene un grosor de aproximadamente 0.1 µ?t? - 2 pm. La capa de electrodos 122 puede hacer contacto óhmico con la capa de GaN de dopaje p 1 18, y puede formarse de un metal de alta función de trabajo, tales como Ni, Au, Ag, Pd y Pt. En una modalidad, la capa de electrodos 122 puede ser reflectante a la emisión de luz, y puede funcionar como espejo que refleja la luz nuevamente hacia la capa de diodos p-n 1 10. Por ejemplo, una capa de Ag o Ni puede incluirse en la capa de electrodos 122 por sus propiedades reflectantes. Las capas de electrodos, tal como de Ag, también pueden ser susceptibles a la oxidación. Una capa de barrera 124 opcionalmente puede incluirse en la capa de pilas de metalización reflectantes 123 por una diversidad de razones, incluyendo la protección de la capa de electrodos subyacente 122 de la oxidación, y para prevenir la difusión de impurezas hacia la capa de electrodos 122 o diodo p-n 110. Por ejemplo, la capa de barrera 124 puede incluir, pero no se limita a, Pd, Pt, Ni, Ta, Ti y TiW. En ciertas modalidades, la capa de barrera 124 puede prevenir la difusión de componentes de la capa de enlace hacia la capa de diodos p-n 1 10. La capa de barrera 124 también puede prevenir la difusión de componentes, por ejemplo, a partir de las capas de enlace descritas a continuación, hacia la capa de electrodos 122.
De acuerdo con ciertas modalidades de la invención, la capa de diodos p-n 1 10 y capa de pilas de metalización reflectantes 123 se hacen crecer en un sustrato de crecimiento 101 y de manera subsecuente se transfieren a un sustrato portador 201 , tal como uno ilustrado en las Figuras 2A-2E y descrito con mayor detalle en la siguiente descripción. Como se describe con mayor detalle en las siguientes figuras y descripción, la capa de pilas de metalización reflectantes 123 puede grabarse antes de transferirse a un sustrato portador 201 . El sustrato portador 201 y capa de enlace 210 también pueden grabarse antes de la transferencia de la capa de diodos p-n 1 10 y capa de pilas metalización reflectantes 123 al sustrato portador 201. Por consiguiente, las modalidades de la invención pueden implementarse en una multitud de variaciones durante la formación de un arreglo de microLEDs para la transferencia subsecuente a un sustrato receptor.
En referencia ahora a la Figura 1 B la capa de pilas de metalización reflectantes 123 puede grabarse antes de transferirse a un sustrato portador 201 . En una modalidad, la estructura de la Figura 1 B puede lograrse al formar una capa de fotorresina grabada sobre la capa de diodos p-n 1 10, seguido por la deposición de la capa de pilas de metalización reflectantes 123. La capa de fotorresina entonces se levanta (en conjunto con la porción de la capa de pilas de metalización reflectantes en la capa de fotorresina) dejando atrás las pilas de metalización reflectantes separadas lateralmente 120 ilustradas en la Figura 1 B. En ciertas modalidades, el distanciamiento de las pilas de metalización reflectantes separadas lateralmente 120 puede ser de 5 µ ??? , 10 pm, o mayor, correspondiente al distanciamiento del arreglo de microLEDs. Por ejemplo, un distanciamiento de 5 pm puede formarse de la pila de metalización reflectante separada lateralmente 120 de 3 pm de ancho, separada por un espacio de 2 pm. Un distanciamiento de 10 pm puede formarse de la pila de metalización reflectante separada 120 de 8 pm de ancho, separada por un espacio de 2 pm. No obstante, estas dimensiones se consideran ejemplares y las modalidades de la invención no se limitan de esa manera. En algunas modalidades, la anchura de las pilas de metalización reflectantes separadas lateralmente 120 es menor o igual a la anchura de la superficie inferior del arreglo de microdiodos p-n 150, como se discute con mayor detalle en la siguiente descripción y figuras.
En referencia ahora a la Figura 1 C una capa eléctricamente aislante 126 se deposita sobre y lateralmente entre la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas 120. En una modalidad, la capa eléctricamente aislante 126 puede formarse de un material tal como el dióxido de silicio (S1O2), óxido de aluminio (Al203), nitruro de silicio, y poliimida con un grosor de 0.1 pm a 1.0 µ??. La capa eléctricamente aislante 126 también puede depositarse a temperaturas superiores a la temperatura de liquidus de la capa de enlace o capa de enlace aleada, que se funde durante la operación de recolección. Por ejemplo, la capa eléctricamente aislante 126 puede depositarse a temperaturas por arriba de 350 °C a fin de que la capa eléctricamente aislante 126 se adhiera a la capa de diodos p-n (por ejemplo, GaN) y la capa de barrera 124 (por ejemplo, TiW) durante la fusión de la capa de enlace o capa de enlace aleada. La capa eléctricamente aislante 126 entonces se graba para formar una pluralidad de aberturas 125 que exponen la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas 120 como se ilustra en las ilustraciones en vistas superior y lateral en sección transversal de la Figura 1 D. En la modalidad particular ilustrada, las aberturas 125 tienen una anchura que es menor a una anchura de la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas 120 a fin de que una porción de la capa eléctricamente aislante 126 forme un reborde en la parte superior de una pila de metalización reflectante respectiva 120. La capa eléctricamente aislante 126 también puede grabarse a fin de que no se forme un reborde en la parte superior de la pila de metalización respectiva 120 como se ilustra en la Figura 1 E. Por ejemplo, técnicas de grabado litográfico o pulimentado químico mecánico (CMP) pueden utilizarse para grabar las aberturas 125 que tienen una anchura que es aproximadamente la misma anchura que la de la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas 120.
La capa eléctricamente aislante 126 también puede grabarse en un proceso de deposición autoalineado en el cual las pilas de metalización reflectantes 120 se enmascaran mientras la capa eléctricamente aislante 126 se deposita de manera isotrópica lateralmente entre las pilas de metalización reflectantes separadas 120, como se ilustra en la Figura 1 F. En cada una de las modalidades ilustradas en las Figuras 1 E-1 F, la capa grabada eléctricamente aislante 126 se encuentra lateralmente entre la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas 120, y se extiende parcialmente a las paredes laterales de la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas 120 incluyendo la capa de electrodos 122. De acuerdo con algunas modalidades, las pilas de sustrato de crecimiento 101 ilustradas en las Figuras 1 E-1 F están listas para enlazarse a una pila de sustrato portador 201. Por ejemplo, la pila de sustrato de crecimiento 101 puede enlazarse a una pila de sustrato portador 201 que incluye una capa de enlace 210, como se describe posteriormente con respecto a las Figuras 2A-2E. En otras modalidades, una capa o capas adicionales pueden formarse sobre la capa grabada eléctricamente aislante 126 y pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas 120. Por ejemplo, pueden formarse capas adicionales, tal como una capa de promoción de adhesión y/o capa de enlace. En referencia a las Figuras 1 G-1 I, una capa de enlace 128 se forma sobre la capa grabada eléctricamente aislante 126 y pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas 120 de las Figuras 1 E-1 F, respectivamente. La capa de enlace 128 puede formarse de cualquiera de los materiales descritos con respecto a la Tabla 1 y Tabla 2 a continuación, algunos de los cuales pueden depender de la composición de la capa de enlace 210, si es el caso, para la formación de una capa enlazada por fusión o capa de enlace aleada. Por ejemplo, en casos donde la capa de enlace 128 se enlaza por aleación con la capa de enlace 210, la capa de enlace 128 puede ser un metal puro, o aleación metálica, lo que contribuye a las composiciones químicas proporcionadas en la Tabla 1. En una modalidad, la capa de enlace 128 es eléctricamente conductora y es de aproximadamente 500 a 2,000 angstroms de grosor. Antes de depositar la capa de enlace eléctricamente conductora 128, una capa de adhesión 129 puede formarse opcionalmente para incrementar la adhesión de la capa de enlace eléctricamente conductora 128 a la capa eléctricamente aislante 126 (por ejemplo, Si02). Por ejemplo, la capa de adhesión 129 puede formarse a partir de Ti, TiW, Cr, o Ni, con un grosor de 100 a 1 ,000 angstroms y, más específicamente, alrededor de 300 angstroms o menos.
En referencia ahora a las Figuras 1J-1 L, la capa de enlace 128 y capa de adhesión 129 de las Figuras 1 G-1 I, respectivamente, puede grabarse. En las modalidades particulares ilustradas, la capa de enlace 128 y capa de adhesión 129 se remueven de la capa eléctricamente aislante 126 en las regiones donde la capa de enlace 128 no hará contacto con una capa de enlace correspondiente en un sustrato portador. Las Figuras 2A - 2E son ilustraciones en vista lateral en sección transversal de diversas modalidades de un sustrato portador 201 con capa de enlace 210 para enlazarse a la pila de sustrato de crecimiento 101. La capa de enlace 210 puede formarse de cualquiera de los materiales descritos con respecto a la Tabla 1 y Tabla 2 a continuación, algunos de los cuales pueden depender de la composición de la capa de enlace 128, si es el caso, para la formación de una capa enlazada por fusión o capa de enlace aleada. Por ejemplo, en casos donde la capa de enlace 210 se enlaza por aleación con la capa de enlace 128, la capa de enlace 210 puede ser un metal puro, o aleación metálica, lo que contribuye a las composiciones químicas proporcionadas en la Tabla 1. Una capa de adhesión 208 opcionalmente puede formarse antes de la capa de enlace 210. Por ejemplo, la capa de adhesión 208 puede formarse a partir de Ti, TiW, Cr, o Ni, con un grosor de 100 a 1 ,000 angstroms y, más específicamente, alrededor de 300 angstroms o menos. La Figura 2A ilustra un sustrato portador 201 , y capa de enlace 210 y capa de adhesión 208, que no se graban antes del enlace. Las Figuras 2B - 2D ilustran un sustrato portador 201 que se ha grabado para formar una pluralidad de postes 202 que tienen paredes laterales 204 y separados por las zanjas 206. Los postes 202 pueden formarse a partir de una diversidad de materiales y técnicas. En una modalidad, los postes 202 pueden formarse de manera integral con el sustrato portador 201 al grabar el sustrato portador 201 por un proceso de grabado al ácido o estampado. Por ejemplo, el sustrato portador 201 puede ser un sustrato de silicio con postes 202 formados de manera integral. En otra modalidad, los postes pueden formarse en la parte superior del sustrato portador 201 . Por ejemplo, los postes 202 pueden formarse por una técnica de revestimiento y levantamiento de fotorresina. Los postes pueden formarse a partir de cualquier material adecuado incluyendo semiconductores, metales, polímeros, dieléctricos, etc. Los postes 202 pueden tener una anchura máxima que es igual o menor a una anchura de los microdiodos p-n 150, tal como se hará más aparente en la siguiente descripción y figuras. En una modalidad, los postes de zanjas 202 son por lo menos dos veces tan altos como un grosor de la capa de enlace 210. En una modalidad, la capa de enlace 210 puede tener un grosor de aproximadamente 0.1 pm - 2 pm, y los postes de zanjas tienen una altura de por lo menos0.2 pm - 4 pm. En la modalidad particular ilustrada en la Figura 2B, una capa de enlace de conformación 210 se forma sobre los postes 202, y en las paredes laterales 204 y dentro de las zanjas 206. En la modalidad particular ilustrada en la Figura 2C, la capa de enlace 210 y capa de adhesión 208 se depositan de manera anisótropa a fin de que se formen sólo en la superficie superior de los postes 202 y dentro de las zanjas 206, sin que una cantidad significativa se deposite en las paredes laterales 204. En la modalidad particular ilustrada en la Figura 2D, la capa de enlace 210 y capa de adhesión 208 se forman sólo en la superficie superior de los postes 202. Tal configuración puede formarse al grabar los postes 202, capa de adhesión 208 y capa de enlace 210 con la misma fotorresina grabada. En la modalidad particular ilustrada en la Figura 2E, las ubicaciones separadas lateralmente de la capa de enlace 210 pueden formarse con una técnica de levantamiento de fotorresina en la cual las capas de cobertura de la capa de adhesión y capa de enlace se depositan en una capa de fotorresina grabada, la cual entonces se levanta (en conjunto con la porción de la capa de adhesión y capa de enlace en la capa de fotorresina) dejando atrás las ubicaciones separadas lateralmente de la capa de enlace 210 ilustrada en la Figura 2E, aunque otras técnicas de procesamiento pueden utilizarse. Como se describe anteriormente con respecto a las Figuras 2B-2E y Figuras 1 B-1 L, ciertas modalidades de la invención incluyen pilas de metalización reflectantes separadas lateralmente 120 y/o ubicaciones separadas lateralmente de las capas de enlace 128, 210. Con respecto a la Figura 2B, en la cual una capa de enlace de conformación 210 se forma sobre los postes 202, y en las paredes laterales 204 y dentro de las zanjas 206, las ubicaciones particulares de la capa de enlace en la parte superior de los postes 202 se separan lateralmente por las zanjas 206. De esta manera, aún cuando la capa de enlace de conformación 210 es continua, las ubicaciones de la capa de enlace 210 en la parte superior de los postes 202 son ubicaciones separadas lateralmente. Asimismo, las ubicaciones discretas individuales de la capa de enlace 210 en la Figura 2E se separan lateralmente por el espacio entre las mismas. Donde existen postes 202, la relación del grosor de la capa de enlace 210 a la altura del poste 202 puede contribuir a la separación lateral de las ubicaciones de la capa de enlace 210. Las capas de enlace 128 y 210 descritas anteriormente pueden formarse a partir de una diversidad de materiales adecuados tales como polímeros termoplásticos, metales y soldaduras. Las capas de enlace, como una sola capa de enlace, o cuando se enlazan en conjunto a través de enlace por fusión o enlace por aleación, pueden ser capaces de adherir una estructura de microLEDs a un sustrato portador. En una modalidad, la capa de enlace resultante puede tener una temperatura de liquidus o temperatura de fusión por debajo de aproximadamente 350 °C o más específicamente, por debajo de aproximadamente 200 °C. A tales temperaturas, la capa de enlace resultante puede someterse a un cambio de estado sin afectar sustancialmente los otros componentes de la estructura de microLEDs. En una modalidad, la capa de enlace resultante puede ser eléctricamente conductora. Por ejemplo, en casos donde la capa de enlace resultante se somete a un cambio de estado de sólido a líquido en respuesta a un cambio en la temperatura, una porción de la capa de enlace resultante puede permanecer en la estructura de microLEDs durante la operación de recolección, como se describe con mayor detalle en la siguiente descripción. En tal modalidad, puede ser propicio que la capa de enlace resultante se forme de un material eléctricamente conductor a fin de que no afecte en forma adversa la estructura de microLEDs cuando se transfiere de manera subsecuente a un sustrato receptor. En este caso, la porción de capa de enlace resultante que permanece en la estructura de microLEDs durante la operación de transferencia puede ayudar a enlazar la estructura de microLEDs a una almohadilla eléctricamente conductora en el sustrato receptor.
Las soldaduras pueden ser materiales adecuados para las capas de enlace 128, 210 dado que muchos generalmente son materiales dúctiles en su estado sólido y exhiben una humectación favorable con las superficies semiconductoras y metálicas. Una aleación típica no se funde a una sola temperatura, sino a lo largo de un intervalo de temperaturas. De esta manera, las aleaciones de soldadura a menudo se caracterizan por una temperatura de liquidus que corresponde a la temperatura más baja a la cual la aleación permanece líquida, y una temperatura de solidus que corresponde a la temperatura más alta a la cual la aleación permanece sólida. Una lista ejemplar de materiales de soldadura de bajo punto de fusión que puede utilizarse con las modalidades de la invención se proporciona en la Tabla 1 , en la cual las composiciones químicas se listan en porcentaje en peso de los componentes. Como se describe anteriormente, en casos donde las capas de enlace 128, 210 se enlazan en conjunto para formar una capa de enlace aleada, las capas de enlace 128, 210 puede ser un metal puro, o aleación metálica, lo que contribuye a las composiciones químicas proporcionadas en la Tabla 1 .
Tabla 1 .
Una lista ejemplar de polímeros termoplásticos que puede utilizarse con las modalidades de la invención se proporciona en la Tabla 2.
Tabla 2.
De acuerdo con las modalidades de la invención, las capas de enlace 128, 210 se forman con un grosor uniforme y pueden depositarse por una diversidad de métodos adecuados, lo que depende de la composición particular. Por ejemplo, las composiciones de soldadura pueden vaporizarse por pulverización catódica, depositarse por evaporación por haces de electrones (haz E), o revestirse con una capa de crecimiento para obtener un grosor uniforme. En referencia ahora a las Figuras 3A-3B, el sustrato de crecimiento 101 y sustrato portador 201 pueden enlazarse en conjunto bajo calor y/o presión. Debe apreciarse que, aunque la Figura 3B ilustra el enlace de la estructura grabada de la Figura 11 con la estructura sin grabar de la Figura 2A, estas ilustraciones son ejemplares y que cualquier combinación de las Figuras 1A-1 L y Figuras 2A-2E se contempla de acuerdo con las modalidades de la invención. Además, el sustrato de crecimiento 101 y sustrato portador 201 pueden enlazarse en conjunto al utilizar únicamente una sola capa de enlace 128 o 210. En una modalidad, durante el enlace de los sustratos, ilustrado en las Figuras 3A-3B, la capa de enlace eléctricamente conductora 128 puede difundirse hacia la capa de enlace eléctricamente conductora 210, o viceversa, lo que transforma las capas 128, 210 a una capa de enlace aleada. Como se describe anteriormente, una función de la capa de enlace resultante es retener la estructura de microLEDs, incluyendo el microdiodo p-n, en su lugar en un sustrato portador, en tanto que también se proporciona a medio a partir del cual la estructura de microLEDs es fácilmente liberable. En algunas modalidades, una de las capas de enlace eléctricamente conductoras 128, 210 se forma de un material con una temperatura de fusión o de liquidus mayor a 350 °C o, de manera más particular, mayor a 200 °C, sin embargo, la capa de enlace aleada resultante se caracteriza por una temperatura de fusión o de liquidus de 350 °C o inferior o, de manera más particular, 200 °C o inferior, con el fin de proporcionar un medio a partir del cual puede recogerse el microLED. Por consiguiente, las capas de enlace eléctricamente conductoras 128, 210 se forman con composiciones y grosores específicos para lograr una concentración de aleación deseada con la interdifusión de la capa de enlace 128 y capa de enlace 210. En una modalidad, las composiciones y grosores de la capa de enlace 128 y capa de enlace 210 se seleccionan para lograr un enlace de aleación eutéctica en el cual la aleación eutéctica se transforma directamente de estado sólido a líquido en una composición y temperatura específicas sin pasar un equilibrio de dos fases de estado líquido y sólido. De acuerdo con las modalidades de la invención, la interfase de enlace producida con las capas de enlace 128, 210 puede ser más fuerte que la interfase de enlace al utilizar la capa de enlace 210 sola. La resistencia de interfase de enlace incrementada puede proporcionar integridad estructural adicional para el sistema, por ejemplo, durante la remoción del sustrato de crecimiento 101 descrito con mayor detalle posteriormente. Por ejemplo, en casos donde se utiliza una técnica de levantamiento por láser para remover el sustrato de crecimiento, el sistema se somete a ondas de choque por calor y mecánicas que potencialmente pueden resultar en separación de láminas de las capas entre el sustrato de crecimiento 101 y el sustrato portador 201 y la fractura de la capa de diodos p-n 1 10. De acuerdo con las modalidades de la invención, el enlace eutéctico de las capas de enlace 128, 210 puede crear una fuerte ¡nterfase de enlace que protege contra tal separación de láminas, lo que en consecuencia conserva la integridad de la capa de diodos p-n 10.
La Figura 4A es un diagrama de fase binaria de plata-indio (Ag-ln) presentado en cantidades molares, de acuerdo con una modalidad de la invención. Las líneas verticales y horizontales superpuestas indican que, para una capa de enlace aleada de Ag-ln ejemplar que tiene una temperatura de liquidus de 200 °C (473 °K), la aleación contiene 0.93 moles de In a 0.07 moles de Ag. Al asumir un peso molecular de 107.8682 g/mol y densidad de 10.49 g/cc para Ag, y un peso molecular de 1 4.818 g/mol y densidad de 7.31 g/cc para In, el grosor relativo de las capas de enlace eléctricamente conductoras 128, 210 puede determinarse al asumir la interdifusión completa de Ag-ln en la capa de enlace aleada. Por ejemplo, una capa de enlace eléctricamente conductora de In de 1 .5 pm de grosor 210 puede interdifundirse con una capa de enlace eléctricamente conductora de Ag 128 hasta un grosor de 740 angstroms para formar una capa de enlace aleada con una temperatura de fusión de 200 °C. Como otro ejemplo, una capa de enlace eléctricamente conductora de In de 2.0 pm de grosor 210 puede interdifundirse con una capa de enlace eléctricamente conductora de Ag 128 hasta un grosor de 986 angstroms para formar una capa de enlace aleada con una temperatura de fusión de 200 °C. De esta manera, en este ejemplo, la capa de enlace eléctricamente conductora 128 tiene un grosor que es 5% o menos del grosor de la capa de enlace eléctricamente conductora 210. Aunque estas modalidades específicas se han descrito con la capa de enlace 210 incluyendo el material de temperatura de fusión inferior (In, 156.7 °C) y la capa de enlace 128 incluyendo el material de temperatura de fusión superior (Ag, 962 °C), una disposición opuesta también es posible con la capa de enlace 210 incluyendo el material de temperatura de fusión superior con la capa de enlace 128 incluyendo el material de temperatura de fusión inferior.
El logreo de un perfil de difusión uniforme del material de capa de enlace eléctricamente conductora 128 (por ejemplo, Ag) en el material de capa de enlace eléctricamente conductora 210 (por ejemplo, In) puede alcanzarse durante la operación de enlace al utilizar los perfiles de temperaturas entre la temperatura ambiente y la temperatura de liquidus de la aleación resultante. Debido a la interdifusión, la operación de enlace puede realizarse a temperaturas por arriba de la temperatura de liquidus inferior de las capas de enlace 128, 210. Por ejemplo, en casos donde la capa de enlace eléctricamente conductora 128 se forma de Ag y la capa de enlace eléctricamente conductora 210 se forma de In (temperatura de liquidus de 156.7 °C), un perfil de temperaturas de enlace puede incluir mantener la estructura apilada a aproximadamente 160 °C por un espacio de tiempo prolongado suficiente para producir una concentración eutéctica constante en la capa de enlace aleada. Aunque una concentración constante puede no ser necesaria, un gradiente de concentraciones puede permanecer en la capa de enlace aleada con la superficie superior de la capa de enlace (ubicación anterior de la capa de enlace 128) que tiene una concentración de Ag superior a una superficie inferior de la capa de enlace aleada.
Aunque se ha descrito un ejemplo específico de un sistema de capa de enlace de aleación Ag-ln binaria, se entenderá que las modalidades de la invención no se limitan sólo a sistemas de enlace de aleación Ag-ln y que otros sistemas adecuados pueden derivarse, tales como, pero sin limitarse a, los basados en las composiciones proporcionadas en la Tabla 1. Por ejemplo, además de los sistemas de enlace de aleación listados en la Tabla 1 , los sistemas de enlace de aleación Au-ln y Al-ln pueden derivarse con base en los diagramas de fase binaria presentados en cantidades molares ilustrados en las Figuras 4B-4C, de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 5 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de diversas posibles estructuras no limitantes del sustrato de crecimiento 101 y sustrato portador 201 presentadas una al lado de otra antes del enlace. La Figura 5' es una ilustración en vista lateral en sección transversal de diversas posibles estructuras no limitantes presentadas una al lado de otra después de enlazar el sustrato de crecimiento 101 y sustrato portador 201. Las combinaciones particulares de sustratos se describen en la Tabla 3. Por ejemplo, la modalidad particular ilustrada en la Figura 5, Ejemplo A, representa el enlace del sustrato portador ilustrado en la Figura 2A al sustrato de crecimiento ilustrado en la Figura 1 G. La siguiente descripción se hace con respecto al enlace de aleación de una capa de enlace eléctricamente conductora 128 y capa de enlace eléctricamente conductora 210 para formar la capa de enlace aleada 21 1. Se apreciará, sin embargo, que las modalidades de la invención no se limitan a enlace de aleación, y que la capa de enlace representativa puede ser una capa enlazada por fusión, u otra capa de enlace, como se describe anteriormente.
Tabla 3.
En referencia aún a la Figura 5', un atributo de las modalidades ilustradas es que la topografía de la pila de sustrato de crecimiento 101 enlazada a la pila de sustrato portador 201 se incrusta (o estampa) en la capa de enlace aleada 21 durante la operación de enlace. Por ejemplo, la topografía que incluye la capa eléctricamente aislante 126 debajo de la pila de metalización reflectante 120 se incrusta (o estampa) en la capa de enlace aleada 211 . Esto puede ayudar a la formación de un arreglo de estructuras de microLEDs con altura uniforme. Sin embargo, las modalidades de la invención no requieren esto, y no se requiere que la topografía se incruste (o estampe) en la capa de enlace aleada 21 1 durante el proceso de enlace. Otro atributo de las modalidades ilustradas es que la capa eléctricamente aislante 126 es una barrera física entre la capa de diodos p-n 1 10 y las capas metálicas subyacentes (por ejemplo, capa de adhesión 129, capa de enlace aleada 211 , capa de adhesión 208). De esta manera, la capa eléctricamente aislante 126 proporciona una barrera a la contaminación por metales a lo largo de la superficie inferior de los microdiodos p-n, formados de manera subsecuente de la capa de diodos p-n 1 10. En otro atributo notable, en referencia a la Figura 5', Ejemplos B, C, G y H, las porciones de la capa de enlace eléctricamente conductora 210 que no hacen contacto con la capa de enlace eléctricamente conductora 128 durante la operación de enlace no se incluyen en la capa de enlace aleada 21 1. También, otros atributos notables, en tanto que no se requieran, es que la capa de enlace 128 y capa de adhesión 129, así como capa de enlace 210, puede grabarse antes de enlazarse para sólo presentarse en ubicaciones donde se enlazarán en conjunto.
En referencia ahora a la Figura 6, el sustrato de crecimiento 101 se ha removido de la estructura enlazada. El sustrato de crecimiento 101 puede removerse por un método adecuado tal como grabado por ataque químico o un levantamiento basado en láser de excímeros (LLO) si el sustrato de crecimiento es transparente. En una modalidad, el LLO de una capa de diodos p-n de GaN 1 10 de un sustrato de crecimiento de zafiro transparente 101 se consigue al irradiar la interfase de capas 101/110 a través del sustrato de crecimiento de zafiro transparente 101 con un impulso corto (por ejemplo, decenas de nanosegundos) de un láser ultravioleta tal como un láser Nd-YAG o láser de excímeros KrF. La absorción en la capa de diodos p-n de GaN 1 10 en la interfase resulta en un calentamiento localizado de la interfase, lo que resulta en la descomposición en el GaN de interfase al metal Ga líquido y nitrógeno en gas. Una vez que el área deseada se ha irradiado, el sustrato de crecimiento de zafiro transparente 101 puede removerse al fundir nuevamente el Ga en una plancha.
De acuerdo con las modalidades de la invención, el enlace de aleación eutéctica de la capa de enlace 128 y capa de enlace 210 puede lograr una resistencia de interfase de enlace incrementada que proporciona integridad estructural adicional para el sistema durante la remoción del sustrato de crecimiento 101 , por ejemplo, durante una técnica de levantamiento por láser en la cual el sustrato de crecimiento se somete a ondas de choque por calor y mecánicas. La resistencia de interfase de enlace incrementada puede proteger contra la separación de láminas durante la remoción del sustrato de crecimiento, lo que en consecuencia conserva la integridad de la capa de diodos p-n 110.
En referencia ahora a la Figura 7, la capa de diodos p-n 110 se adelgaza a un grosor deseable. En referencia nuevamente a la capa de diodos p-n 1 10 ampliada en la Figura 1A, una cantidad predeterminada de la capa de GaN de volumen 112 (que puede ser del tipo n) o una porción de la capa de GaN de tipo n 1 14, se remueve a fin de que un diodo p-n operable permanezca después del adelgazamiento. Dependiendo de la estructura subyacente, el proceso de adelgazamiento puede realizarse al utilizar técnicas adecuadas tales como pulimentado, grabado al ácido o grabado en seco. Por ejemplo, puede realizarse una combinación de pulimentado y/o grabado cronometrado a un grosor deseado. En circunstancias donde hay estructuras grabadas subyacentes, tales como pilares, un grabado cronometrado a un grosor deseado puede realizarse con el fin de evitar dañar las estructuras grabadas. En referencia ahora a la Figura 8, una capa enmascaradora grabada 140 puede formarse sobre la capa de diodos p-n adelgazada 1 10 para grabar al ácido la capa de diodos p-n 1 10 para formar una pluralidad de microdiodos p-n separados 150. La capa enmascaradora 140 puede formarse a partir de fotorresina o una diversidad de materiales tales como metal (por ejemplo, cromo, níquel) o dieléctrico (nitruro de silicio, óxido de silicio) los cuales son más resistentes a las condiciones de grabado al ácido de GaN que la fotorresina. El grabado al ácido de la capa de diodos p-n de GaN 1 10 puede realizarse al utilizar técnicas de grabado por plasma en seco tales como grabado iónico reactivo (RIE), resonancia ciclotrónica electrónica (ECR), grabado iónico reactivo por plasma acoplado inductivamente (ICP-RIE), y grabado por haces iónicos químicamente asistido (CAIBE). Las químicas de grabado pueden basarse en halógenos, al contener especies tales como Cl2, BCI3 o SiCI4. Como se ilustra, la capa eléctricamente aislante 126 actúa como capa de detención de grabado durante el grabado al ácido de la capa de diodos p-n de GaN 1 10. Como resultado, la capa eléctricamente aislante protege las paredes laterales 153 de los microdiodos p-n 150, y la estructura de pozos cuánticos localizada dentro, de la contaminación por la capa de enlace aleada eléctricamente conductora subyacente 21 1 , y capas de adhesión 129 y 208 si es el caso. Por ejemplo, dado que la química de grabado por plasma en seco ve una capa eléctricamente aislante 126 (por ejemplo, Si02) en lugar de metal de la capa de enlace aleada eléctricamente conductora cubierta 21 1 o capas de adhesión 129 y 208, se elimina la revaporización por pulverización catódica metálica sobre las paredes laterales del diodo p-n 150.
En la modalidad particular ilustrada en la Figura 8, los microdiodos p-n 150 pueden tener paredes laterales 153 ahusadas hacia el exterior (de arriba hacia abajo de los microdiodos p-n 150) hasta 15 grados. Por ejemplo, puede utilizarse el RIE con una química de grabado basada en cloro. Alternativamente, las paredes laterales 153 pueden ser verticales. Por ejemplo, puede utilizarse el ICP-RIE con una química de grabado basada en cloro para obtener paredes laterales verticales. Como será aparente en la descripción de la Figura 15, las paredes laterales ahusadas hacia el exterior pueden ser favorables en algunas modalidades cuando se forma un contacto común a través de una serie de estructuras de microLEDs que se han recogido y transferido a un sustrato receptor. En ciertas modalidades, el distanciamiento entre los microdiodos p-n 150 puede ser de 5 pm, 10 pm, o mayor. Por ejemplo, un microdiodo p-n 150 con un distanciamiento de 5 pm puede formarse de microdiodos p-n de 3 pm de ancho separados por un espacio de 2 pm. Un microdiodo p-n 150 con un distanciamiento de 10 pm puede formarse de microdiodos p-n de 8 pm de ancho separados por un espacio de 2 pm. Con la terminación del grabado al ácido de la capa de diodos p-n 1 10 para formar la pluralidad de microdiodos p-n separados 150, la capa enmascaradora grabada 140 puede removerse, lo que expone las superficies superiores 152 de la pluralidad de microdiodos p-n 150, as ilustran en la FIG. 8'. Alternativamente, la capa enmascaradora grabada 140 puede removerse en un momento posterior.
En referencia ahora a la Figura 8", la capa eléctricamente aislante 126 se graba para formar los espaciadores eléctricamente aislantes 127 que rodean lateralmente las pilas de metalización reflectantes 120 del arreglo de estructuras de microLEDs. Los espaciadores eléctricamente aislantes 127 también pueden extenderse a una porción de las paredes laterales de las pilas de metalización reflectantes separadas 120, lo que protege una capa especular reflectante dentro de las pilas de metalización reflectantes separadas de la oxidación, lo que potencialmente puede cambiar el color de las capas especulares reflectantes y afectar las propiedades reflectantes de las capas especulares reflectantes. Por ejemplo, una capa de plata (Ag) puede utilizarse como capa especular reflectante dentro de las pilas de metalización reflectantes. En una modalidad, si no se remueve en sí, la capa enmascaradora grabada 140 puede removerse en la misma operación de grabar al ácido nuevamente la capa eléctricamente aislante 126 para formar los espaciadores eléctricamente aislantes separados lateralmente 127. Alternativamente, en casos donde la solución de grabado al ácido tiene diferente selectividad para la capa eléctricamente aislante 126 y capa enmascaradora grabada 140, la capa enmascaradora grabada 140 puede permanecer en el diodo p-n 150 y utilizarse para formar una abertura de contacto en una capa de barrera dieléctrica de conformación, como se describe con respecto a las Figuras 9-9'. En referencia aún a la Figura 8", el arreglo de microLEDs incluye un sustrato portador 201 , una pluralidad de ubicaciones de una capa de enlace aleada 21 1 (que puede o puede no separarse lateralmente) en el sustrato portador, y una pluralidad respectiva de microdiodos p-n separados 150 sobre la pluralidad de ubicaciones de la capa de enlace aleada 21 1. Una pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas 120 se forma entre la pluralidad respectiva de microdiodos p-n separados 150 y la pluralidad de ubicaciones de la capa de enlace aleada 21 1. Una pluralidad de espaciadores eléctricamente aislantes 127 rodean lateralmente y se extienden a las paredes laterales de la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas 120. La pluralidad de espaciadores eléctricamente aislantes 127 también puede extenderse a una porción de una superficie inferior de la pluralidad respectiva de pilas de metalización reflectantes 120. La pluralidad de espaciadores eléctricamente aislantes 127 también puede extenderse a una porción de una superficie inferior de la pluralidad respectiva de microdiodos p-n 150. En algunas modalidades, el sustrato portador incluye una pluralidad respectiva de pilares 202 en los cuales se forma la pluralidad de ubicaciones separadas lateralmente de la capa de enlace aleada 21 1 , como se ilustra en los Ejemplos B-D y G-l. En algunas modalidades, los microdiodos p-n 150 incluyen una superficie superior 152 y una superficie inferior 151 , y la pila de metalización reflectante 120 incluye una superficie superior y una superficie inferior, y la superficie inferior 151 del microdiodo p-n 150 es más ancha que la superficie superior de la pila de metalización reflectante 120. En algunas modalidades, la pluralidad de microdiodos p-n 150 incluyen, cada una, una superficie inferior 151 que tiene aproximadamente la misma anchura que una superficie superior de cada uno de la pluralidad respectiva de pilares 202. En otras modalidades, la pluralidad de microdiodos p-n 150 incluyen, cada una, una superficie inferior 151 que es más ancha que una superficie superior de cada uno de la pluralidad respectiva de pilares 202. La relación de la anchura inferior de los microdiodos p-n 150 y superficie superior del pilar 202 subyacente puede afectar el proceso de recolección. Por ejemplo, si la capa de enlace aleada 21 1 exhibe un cambio de estado de sólido a líquido durante el proceso de recolección, entonces el microdiodo p-n 150 esencialmente flota en una capa líquida. Las fuerzas de tensión superficial en la capa de enlace líquida aleada 21 1 pueden retener el microdiodo p-n 150 en su lugar en la parte superior del pilar 202. En particular, las fuerzas de tensión superficial asociadas con los bordes de la superficie superior del pilar 202 además pueden ayudar a mantener el microdiodo p-n 50 en su lugar, donde la anchura de superficie superior del pilar 202 es menor o aproximadamente igual a la anchura inferior de los diodos p-n 150.
En algunas modalidades, la pluralidad de microdiodos p-n 150 se coloca sobre una capa de enlace aleada sin grabar 211 . Por ejemplo, como se ilustra en los Ejemplos A y F, la capa de enlace aleada 21 1 puede ser una capa uniforme en el sustrato portador y la pluralidad correspondiente de ubicaciones de la capa de enlace aleada 21 1 no se separa lateralmente entre sí. En otras modalidades, la pluralidad de microdiodos p-n 150 se coloca sobre una capa de enlace aleada grabada 21 1. Por ejemplo, como se ilustra en los Ejemplos B-E y G-J, la capa de enlace aleada grabada puede incluir una pluralidad de ubicaciones separadas lateralmente de la capa de enlace aleada 21 1. En una modalidad, la pluralidad de microdiodos p-n 150 incluye, cada uno, una superficie inferior 151 que tiene aproximadamente la misma anchura, o mayor, que una superficie superior correspondiente para una pluralidad de ubicaciones separadas lateralmente de la capa de enlace aleada 21 1.
Como se describe previamente, la capa de enlace aleada puede absorber fuerzas de compresión asociadas con el contacto de la estructura de microLEDs con un cabezal de transferencia durante el proceso de recolección. Como resultado, la capa de enlace aleada puede absorber las fuerzas compresivas y proyectarse lateralmente. En casos donde cada estructura de microLEDs se graba para tener una pequeña distancia de separación, de 2 µ?t? por ejemplo, la cantidad de capa de enlace aleada que se proyecta lateralmente desde cada estructura de microLEDs debe minimizarse con el fin de no interferir con una estructura de microLEDs adyacente durante el proceso de recolección. En ciertas modalidades donde las zanjas 206 se presentan entre los postes 202, las zanjas pueden actuar como depósitos de capas de enlace (aleadas) en los cuales la capa de enlace (aleada) fundida puede fluir sin interferir con una estructura de microLEDs adyacente.
En algunas modalidades, las estructuras de microLEDs de la Figura 8" se encuentran a punto para recogerse y transferirse a un sustrato receptor, por ejemplo, con un cabezal de transferencia 300 descrito con mayor detalle con respecto a la Figura 20. En otras modalidades, una capa de barrera dieléctrica de conformación delgada puede formarse de un arreglo de cualquiera de los microdiodos p-n 150 antes de recogerse y transferirse a un sustrato receptor. En referencia ahora a las Figuras 9-10", una capa de barrera dieléctrica de conformación delgada 160 puede formarse sobre un arreglo de cualquiera de los microdiodos p-n 150 de la Figura 8". En una modalidad, la capa de barrera dieléctrica de conformación delgada 160 puede proteger contra la formación de arcos cargados entre los microdiodos p-n adyacentes 150 durante el proceso de recolección, y proteger en consecuencia contra los microdiodos p-n adyacentes 150 para no adherirse durante el proceso de recolección. La capa de barrera dieléctrica de conformación delgada 160 también puede proteger las paredes laterales 153, capa de pozos cuánticos 116 y superficie inferior 151 , de los microdiodos p-n 150 de la contaminación que puede afectar la integridad de los microdiodos p-n 150. Por ejemplo, la capa de barrera dieléctrica de conformación delgada 160 puede funcionar como barrera física para la absorción del material de capa de enlace 210 (o capa de enlace aleada 21 1 ) de las paredes laterales y capa cuántica 1 16 de los microdiodos p-n 150 durante los ciclos de temperatura subsecuentes (particularmente a temperaturas por arriba de la temperatura de liquidus o de fusión del material de capa de enlace 210/211) tal como durante la recolección del microdispositivo del sustrato portador, y liberar el microdispositivo sobre el sustrato receptor. La capa de barrera dieléctrica de conformación delgada 160 también puede aislar los microdiodos p-n 150 una vez colocados en un sustrato receptor. En una modalidad, la capa de barrera dieléctrica de conformación delgada 160 es de óxido de aluminio (Al203) de aproximadamente 50 - 600 angstroms de grosor. La capa de barrera dieléctrica de conformación 160 puede depositarse por una diversidad de técnicas adecuadas tales como, pero sin limitarse a, deposición atómica de capas (ALD). En referencia ahora a las Figuras 9-9", una capa de barrera dieléctrica de conformación delgada 160 puede formarse sobre un arreglo de cualquiera de los microdiodos p-n 150 de la Figura 8" en el cual la capa enmascaradora grabada 140 todavía no se ha removido. La capa de barrera dieléctrica de conformación delgada 160 puede formarse sobre un arreglo de cualquiera de los microdiodos p-n 150 y se conforma a y se extiende de un lado a otro de las superficies expuestas de la capa enmascaradora 140, y paredes laterales 153 y la superficie inferior 151 del diodo p-n 150. La capa de barrera dieléctrica de conformación 160 también puede extenderse de un lado a otro de las superficies expuestas de los espaciadores eléctricamente aislantes 127, capa de enlace aleada 211 , así como capa de adhesión 129, si es el caso. La capa enmascaradora 140 entonces se remueve con una técnica de levantamiento, levantando la porción de la capa de barrera dieléctrica de conformación delgada 160 formada en la misma, lo que resulta en la estructura ilustrada en la Figura 9', incluyendo las aberturas de contacto 162. En la modalidad particular ilustrada en la Figura 9', la capa de barrera dieléctrica de conformación 160 no se forma en la superficie superior 152 de los microdiodos p-n 150.
En referencia a las Figuras 10-10" la capa dieléctrica de conformación delgada también puede formarse sobre el arreglo de microdiodos p-n 150 de la Figura 8", seguido por grabado para crear las aberturas de contacto 162. Como se ilustra en la Figura 10, la capa de barrera dieléctrica de conformación delgada 160 puede formarse sobre un arreglo de cualquiera de los microdiodos p-n 150 y se conforma a y se extiende a lo largo de la superficie superior expuesta y paredes laterales de los diodos p-n 150. La capa de barrera dieléctrica 160 también puede extenderse de un lado a otro de la superficie inferior expuesta 151 de los diodos p-n 150 y superficies expuestas de los espaciadores eléctricamente aislantes 127, capa de enlace aleada 21 1 , así como capa de adhesión 129, si es el caso. Una capa de cobertura de fotorresina entonces puede formarse sobre el arreglo de diodos p-n y sustrato portador 201 , y entonces grabarse para formar las aberturas sobre cada microdiodo p-n 150. La capa de barrera dieléctrica de conformación delgada 160 entonces puede grabarse al ácido para formar las aberturas de contacto 162 en la superficie superior de cada microdiodo p-n 150. Las aberturas de contacto 162 se ilustran en las Figuras 10' - 10" después de la remoción de la fotorresina grabada. Como se ilustra en la Figura 10", las aberturas de contacto 162 pueden tener una anchura ligeramente más grande que la superficie superior de los microdiodos p-n 150. En la modalidad ilustrada en la Figura 10' las aberturas de contacto 162 exponen las superficies superiores de los microdiodos p-n 150 y una porción superior de las paredes laterales de los microdiodos p-n 150, en tanto que la capa de barrera dieléctrica 160 cubre y aisla las capas de pozos cuánticos 1 16. Como se ilustra en la Figura 10", las aberturas de contacto 162 pueden tener una anchura ligeramente más pequeña que la superficie superior de los microdiodos p-n 150. La diferencia en anchura puede ser un resultado de ajustar para incluir una tolerancia de alineamiento al grabar la fotorresina. Como resultado, la capa de barrera dieléctrica de conformación 160 puede formar un reborde alrededor de la superficie superior y paredes laterales de los microdiodos p-n 150. Un arreglo ejemplar de estructuras de microLEDs de la Figura 10" Ejemplo A se ilustra en la Figura 1 1 . Las Figuras 12A-12B incluyen ilustraciones en vista superior y lateral en sección transversal de un sustrato portador 201 y arreglo de estructuras de microLEDs, de acuerdo con una modalidad de la invención. En las modalidades particulares ilustradas, los arreglos se producen a partir de las estructuras de microLEDs en la Figura 1 1 . Sin embargo, debe apreciarse que las Figuras 12A-12B pretenden ser ejemplares, y que el arreglo de estructuras de microLEDs puede formarse a partir de cualquiera de las estructuras de microLEDs previamente descritas. En la modalidad ilustrada en la Figura 12A, cada microdiodo p-n individual 150 se ilustra como un par de círculos concéntricos que tienen diferentes diámetros o anchuras correspondientes a las diferentes anchuras de las superficies superior e inferior del microdiodo p-n 150, y las paredes laterales ahusadas correspondientes que se extienden entre las superficies superior e inferior. En la modalidad ilustrada en la Figura 12B, cada microdiodo p-n individual 150 se ilustra como un par de cuadrados concéntricos con esquinas ahusadas o redondeadas, con cada cuadrado con una anchura diferente correspondiente a las diferentes anchuras de las superficies superior e inferior del microdiodo p-n 150, y las paredes laterales ahusadas correspondientes que se extienden desde las superficies superior e inferior. Sin embargo, las modalidades de la invención no requieren paredes laterales ahusadas, y las superficies superior e inferior del microdiodo p-n 150 pueden tener el mismo diámetro, o anchura, y paredes laterales verticales. Como se ilustra en las Figuras 12A-12B, el arreglo de estructuras de microLEDs se describe con un distanciamiento (P), espacio (S) entre cada estructura de microLEDs y anchura máxima (W) de cada estructura de microLEDs. Con fines de claridad y concisión, sólo se ilustran las dimensiones x por las líneas punteadas en la ilustración en vista superior, aunque se entenderá que pueden existir dimensiones y similares, y pueden tener los mismos o diferentes valores dimensionales. En las modalidades particulares ilustradas en las Figuras 12A-12B, los valores dimensionales x y y son idénticos en la ilustración en vista superior. En una modalidad, el arreglo de estructuras de microLEDs puede tener un distanciamiento (P) de 10 µ??, con cada estructura de microLEDs con un espacio (S) de 2 pm y anchura máxima (W) de 8 µ??. En otra modalidad, el arreglo de estructuras de microLEDs puede tener un distanciamiento (P) de 5 pm, con cada estructura de microLEDs con un espacio (S) de 2 µ?? y anchura máxima (W) de 3 µ??. Sin embargo, las modalidades de la invención no se limitan a estas dimensiones específicas, y puede utilizarse cualquier dimensión adecuada.
Una modalidad de un método para transferir una estructura de microLEDs a un sustrato receptor se describe en la Figura 13. En tal modalidad, se proporciona un sustrato portador que tiene un arreglo de estructuras de microLEDs dispuesto en el mismo. Como se describe anteriormente, cada estructura de microLEDs puede incluir un microdiodo p-n, una pila de metalización reflectante por debajo de una superficie inferior del microdiodo p-n, y un espaciador eléctricamente aislante que rodea lateralmente y se extiende a una porción de las paredes laterales de la pila de metalización reflectante, con la pila de metalización reflectante entre el microdiodo p-n y una capa de enlace en el sustrato portador. Como se describe anteriormente, la capa de enlace puede ser una sola capa de enlace, una capa de enlace aleada, o una capa de enlace enlazada por fusión. El espaciador eléctricamente aislante opcionalmente puede extenderse a una porción de la superficie inferior de la pila de metalización reflectante y/o una porción de la superficie inferior del microdiodo p-n. Una capa de barrera dieléctrica de conformación opcionalmente puede extenderse a las paredes laterales del microdiodo p-n. La capa de barrera dieléctrica de conformación adicionalmente puede extenderse a una porción de la superficie inferior del microdiodo p-n. En la operación 1310 se crea un cambio de estado en la capa de enlace para por lo menos una de las estructuras de microLEDs. Por ejemplo, el cambio de estado puede asociarse con el calentamiento de la capa de enlace por arriba de una temperatura de fusión o temperatura de liquidus de un material que forma la capa de enlace. El microdiodo p-n, pila de metalización reflectante, y espaciador eléctricamente aislante, y opcionalmente una porción de la capa de barrera dieléctrica de conformación para por lo menos una de las estructuras de microLEDs, y opcionalmente una porción de la capa de enlace, entonces pueden recogerse con un cabezal de transferencia en la operación 1320 y luego colocarse en un sustrato receptor en la operación 1330. Una ilustración general de la operación 1320, de acuerdo con una modalidad, se proporciona en la Figura 14 en la cual un cabezal de transferencia 300 recoge un microdiodo p-n 150, pila de metalización reflectante 120, espaciador eléctricamente aislante 127, una porción de la capa de barrera dieléctrica de conformación 160 para por lo menos una de las estructuras de microLEDs, y una porción de la capa de enlace aleada 21 1. La estructura de microLEDs del Ejemplo A que se ha recogido se amplía ligeramente en comparación con las otras estructuras de microLEDs ejemplares en la ilustración. En la modalidad particular ilustrada, se ha formado una capa de barrera dieléctrica de conformación 260, sin embargo, en otras modalidades, una capa de barrera dieléctrica de conformación puede no presentarse. En algunas modalidades, una porción de la capa de enlace aleada 21 1 , tal como aproximadamente la mitad, puede levantarse con la estructura de microLEDs. Aunque se ilustra una estructura de microLEDs específica que incluye el microdiodo p-n 150 del Ejemplo A , se entenderá que puede recogerse cualquiera de las estructuras de microLEDs que incluyen cualquiera de los microdiodos p-n 150 descritas en este documento. Además, aunque la modalidad ilustrada en la Figura 14 muestra un cabezal de transferencia 300 que recoge una sola estructura de microLEDs, el cabezal de transferencia 300, o una pluralidad de cabezales de transferencia 300, puede recoger un grupo de estructuras de microLEDs en otras modalidades. En referencia aún a la Figura 14, en la modalidad particular ilustrada, la superficie inferior del microdiodo p-n 150 es más ancha que la superficie superior de la pila de metalización reflectante 120, y la capa de barrera dieléctrica de conformación 160 se extiende a las paredes laterales del microdiodo p-n 150, una porción de la superficie inferior del microdiodo p-n 150. En un aspecto, la porción de la capa de barrera dieléctrica de conformación 160, que se enrolla debajo del microdiodo p-n 150, protege la capa de barrera dieléctrica de conformación 160 en las paredes laterales del microdiodo p-n 150 del astillado o rompimiento durante la operación de recolección con el cabezal de transferencia 300. Pueden crearse puntos de tensión en la capa de barrera dieléctrica de conformación 160 adyacente a los espaciadores eléctricamente aislantes 127 o capa de enlace aleada 21 1 , particularmente en las esquinas y ubicaciones con ángulos agudos. Al poner en contacto la estructura de microLEDs con el cabezal de transferencia 300 y/o crear el cambio de estado en la capa de enlace aleada, estos puntos de tensión se vuelven puntos de ruptura naturales en la capa de barrera dieléctrica de conformación 160 en los cuales la capa dieléctrica de conformación puede escindirse. En una modalidad, la capa de barrera dieléctrica de conformación 160 se escinde en los puntos de ruptura naturales después de poner en contacto la estructura de microLEDs con el cabezal de transferencia y/o crear el cambio de estado en la capa de enlace aleada, lo cual puede ser antes de o durante la recolección del microdiodo p-n y la pila de metalización reflectante. Como se describe previamente, en estado líquido, la capa de enlace aleada puede alisarse sobre la estructura subyacente en respuesta a las fuerzas compresivas asociadas con el contacto de la estructura de microLEDs con el cabezal de transferencia. En una modalidad, después de poner en contacto la estructura de microLEDs con el cabezal de transferencia, el cabezal de transferencia se fricciona de un lado a otro de una superficie superior de la estructura de microLEDs antes de crear el cambio de estado en la capa de enlace aleada. La fricción puede desprender cualquier partícula que pueda presentarse en la superficie de contacto de cualquiera del cabezal de transferencia o estructura de microLEDs. La fricción también puede transferir presión a la capa de barrera dieléctrica. De esta manera, la transferencia de una presión del cabezal de transferencia 300 a la capa de barrera dieléctrica de conformación 160 y el calentamiento de la capa de enlace aleada por arriba de una temperatura de liquidus de la capa de enlace aleada puede contribuir a escindir la capa de barrera dieléctrica de conformación 160 en una ubicación debajo del microdiodo p-n 150 y puede preservar la integridad de la estructura de microLEDs y capa de pozos cuánticos 1 16. En una modalidad, la superficie inferior del microdiodo p-n 150 es más ancha que la superficie superior de la pila de metalización reflectante 120, y los espaciadores eléctricamente aislantes 127 se han grabado al ácido nuevamente debajo de la superficie inferior del microdiodo p-n en la medida en que haya espacio para que la capa de barrera dieléctrica de conformación 160 se forme en la superficie inferior del microdiodo p-n 150 y crear puntos de ruptura, aunque esta distancia también puede determinarse por tolerancias litográficas. En una modalidad, una distancia de 0.25 pm a 1 pm a cada lado del microdiodo p-n 150 da cabida a una capa de barrera dieléctrica de conformación 160 de 50 angstroms a 600 angstroms de grosor. En la modalidad particular ilustrada en la Figura 14, Ejemplo A, la capa de adhesión delgada sin grabar 129 también se escinde, con una porción de la capa de adhesión 129 recogiéndose con la estructura de microLEDs. También pueden crearse puntos de tensión en la capa de adhesión 129 adyacentes a los espaciadores eléctricamente aislantes 129 o capa de enlace aleada 21 1. Al poner en contacto la estructura de microLEDs con el cabezal de transferencia 300 y/o crear el cambio de estado en la capa de enlace aleada, estos puntos de tensión se vuelven puntos de ruptura naturales en la capa de adhesión 129 en los cuales la capa de adhesión puede escindirse. En una modalidad, la capa de adhesión 129 se escinde en los puntos de ruptura naturales después de poner en contacto la estructura de microLEDs con el cabezal de transferencia y/o crear el cambio de estado en la capa de enlace aleada, lo cual puede ser antes de o durante la recolección del microdiodo p-n y la pila de metalización reflectante. En otras modalidades, tales como los Ejemplos C-E y H-J, las capas de adhesión grabadas 129 pueden recogerse con las estructuras de microLEDs sin escindirse. Una diversidad de cabezales de transferencia adecuados puede utilizarse para ayudar a las operaciones de recolección y colocación 1320, 1330 de acuerdo con las modalidades de la invención. Por ejemplo, el cabezal de transferencia 300 puede ejercer una presión de recolección sobre la estructura de microLEDs de acuerdo con los principios de vacío, magnético, adhesivo o electrostático, con el fin de recoger la estructura de microLEDs.
La Figura 15 es una ilustración de un sustrato receptor 400 sobre el cual se ha colocado una pluralidad de estructuras de microLEDs, de acuerdo con una modalidad de la invención. Por ejemplo, el sustrato receptor puede ser, pero no se limita a, un sustrato de visualización, un sustrato de iluminación, un sustrato con dispositivos funcionales tales como transistores, o un sustrato con líneas metálicas de redistribución. En la modalidad particular ilustrada, cada estructura de microLEDs puede colocarse sobre un contacto impulsor 410. Una línea de contacto común 420 entonces puede formarse sobre la serie de microdiodos p-n 150. Como se ilustra, las paredes laterales ahusadas de los microdiodos p-n 150 pueden proporcionar una topografía que facilita la formación de una línea de contacto continua. En una modalidad, la línea de contacto común 420 puede formarse sobre una serie de microLEDs de emisión roja, de emisión verde o de emisión azul. En ciertas modalidades, la línea de contacto común 420 se formará a partir de un material de contacto transparente tal como el óxido de indio y estaño (ITO). En una modalidad, la pluralidad de microLEDs puede disponerse en grupos de píxeles de tres, incluyendo un microLED de emisión roja, un microLED de emisión verde, y un microLED de emisión azul.
En una modalidad, el diodo p-n 150 puede incluir una capa superior de dopaje n 114 con un grosor de aproximadamente 0.1 pm - 3 µ??, la capa de pozos cuánticos 1 16 (que puede ser SQW o MQW) con un grosor menor a aproximadamente 0.3 µ??, y capa inferior de dopaje p 1 18 con un grosor de aproximadamente 0.1 pm - 1 pm. En una modalidad, la capa superior de dopaje n 1 14 puede ser de 0.1 µ?t? - 6 µ?t? de grosor (que puede incluir o reemplazar la capa de volumen 1 12 descrita previamente). En una modalidad específica, los diodos p-n 150 pueden ser de menos de 3 pm de grosor, y menos de 10 µ?? de ancho. La Figura 16 es un diagrama de flujo que ilustra a método para fabricar un arreglo de microdispositivos, de acuerdo con una modalidad de la invención. En la operación 1600 una primera pila de sustrato se enlaza a una segunda pila de sustrato con una capa de enlace eléctricamente conductora intermedia que tiene una temperatura de liquidus de 350 °C o inferior o, más específicamente, 200 °C o inferior. La capa de enlace intermediar puede formarse a partir de cualquiera de los materiales listados en la Tabla 1 anterior, así como aluminio as en relación con la Figura 4C. Por ejemplo, la capa de enlace intermedia puede ser una capa de metal puro o capa de metal de aleación. En una modalidad, la capa de enlace intermedia incluye indio o estaño, y puede ser un material de soldadura basado en indio o basado en estaño. La capa de enlace eléctricamente conductora intermedia adicionalmente puede incluir un componente tal como el bismuto, plata, oro, galio, zinc, cobre, aluminio, plomo y cadmio.
En una modalidad, la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia se forma al enlazar una primera capa de enlace eléctricamente conductora de la primera pila de sustrato a una segunda capa de enlace eléctricamente conductora de la segunda pila de sustrato. Por ejemplo, esto puede conseguirse al enlazar por fusión la primera y segunda capas de enlace eléctricamente conductoras cuando se forman del mismo material. La capa de enlace eléctricamente conductora intermedia también puede formarse al enlazar por aleación la primera capa de enlace eléctricamente conductora a una segunda capa de enlace eléctricamente conductora formada de un material diferente. En tal caso, las composiciones y grosores de las capas de enlace pueden controlarse para lograr la temperatura de liquidus deseada de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia. Enlazar la primera capa de enlace eléctricamente conductora a la segunda capa de enlace eléctricamente conductora puede incluir mantener las dos capas de enlace eléctricamente conductoras a una temperatura elevada por arriba de una temperatura de liquidus de una de las dos capas de enlace eléctricamente conductoras.
En la operación 1610 una capa de dispositivo activa de la primera pila de sustrato entonces se graba para formar una pluralidad de microdispositivos. La capa de dispositivo activa puede incluir una capa de diodos p-n, así como una capa de pozos cuánticos para la formación de dispositivos de microLEDs, como se describe con respecto a las Figuras 1A-12B. Después de la formación de la pluralidad de microdispositivos, una región de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia se calienta a su temperatura de liquidus o superior en la operación 620. Por ejemplo, el calentamiento puede incluir transferir calor de un sustrato subyacente y/o un cabezal de transferencia. Por lo menos uno de la pluralidad de los microdispositivos entonces se recoge, en conjunto con una porción de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia, con el cabezal de transferencia. En una modalidad, una porción sustancial de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia se recoge. La Figura 17 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un sustrato receptor 400 con una capa de enlace receptora eléctricamente conductora 4 2 y una zona de contacto 410, de acuerdo con una modalidad de la invención. Como se ilustra, el cabezal de transferencia 300 ha recogido un microdispositivo y una porción sustancial de una capa de enlace eléctricamente conductora intermedia, ilustrada como capa de enlace aleada 21 1. El microdispositivo y la porción de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia 21 1 entonces se colocan en una capa de enlace receptora eléctricamente conductora 412 en un sustrato receptor en la operación 1640. En referencia ahora a la Figura 18, en la operación 1650 la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia se enlaza a la capa de enlace receptora eléctricamente conductora para formar una capa de enlace aleada permanente 420 que tiene una temperatura de liquidus por arriba de 150 °C. El microdispositivo entonces puede liberarse por el cabezal de transferencia 300 como se ilustra. De acuerdo con las modalidades de la invención, la temperatura de liquidus de la capa de enlace aleada permanente 420 es suficiente para soportar las operaciones de empaque posprocesamiento tales como enlace flip chip de los circuitos electrónicos controladores o sellado protector. Tales procesos pueden realizarse a temperaturas de hasta 200 °C, o incluso 250 °C. Por consiguiente, en una modalidad, la temperatura de liquidus de la capa de enlace aleada permanente 420 es mayor a 200 °C, o incluso 250 °C. La capa de enlace receptora eléctricamente conductora 412 puede tener un temperatura de liquidus superior a la de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia 21 1. En una modalidad, la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia 21 1 es un el material basado en indio o estaños y la capa de enlace receptora eléctricamente conductora 412, un material de una temperatura de liquidus superior, tal como la plata u oro. En una modalidad, la capa de enlace aleada permanente 420 tiene una temperatura de liquidus mayor a la de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia 211 con el fin de soportar las packaging operaciones posprocesamiento y para proporcionar durabilidad del dispositivo.
Los grosores y composiciones de la capa de enlace receptora eléctricamente conductora 412 y la porción de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia 21 1 que se recoge con el microdispositivo se controlan para lograr una concentración de aleación deseada en la capa de enlace aleada permanente 420. De acuerdo con las modalidades de la invención, la interfase de enlace producida con las capas de enlace 21 1 , 412 puede ser más fuerte que la interfase de enlace al utilizar una sola capa de enlace. La resistencia de interfase de enlace incrementada puede proporcionar integridad estructural al microdispositivo durante el proceso posterior y durante el uso deseado. Aunque las modalidades de la invención describen la formación de una capa de enlace aleada permanente 420 a partir de una capa de enlace receptora eléctricamente conductora separada 412, las modalidades no se limitan a ello. En una modalidad, la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia 21 1 forma una capa de enlace aleada permanente 420 con una porción del contacto 410, el cual puede ser metálico. En otra modalidad, el contacto 410 es un material no metálico eléctricamente conductor tal como el óxido de indio-estaño. Por ejemplo, una capa de enlace eléctricamente conductora intermedia de indio o aleación de indio 21 1 puede formar un enlace de adhesión con el contacto de óxido de indio-estaño 410 y difundir hacia el óxido de indio-estaño.
En una modalidad, el enlace de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia 21 1 a la capa de enlace receptora eléctricamente conductora 412 puede incluir mantener la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia 21 1 y la capa de enlace receptora eléctricamente conductora 412 a una temperatura elevada por arriba de una temperatura de liquidus de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia 21 1. En enlace de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia 21 1 a la capa de enlace receptora eléctricamente conductora 412 también puede incluir transferir calor a la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia con el cabezal de transferencia 300.
En ciertas modalidades, una porción sustancial de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia se libera sobre el sustrato receptor con un microdispositivo correspondiente. En modalidades semejantes, una porción sustancial puede corresponder a una cantidad suficiente de capa de enlace eléctricamente conductora intermedia para alterar la temperatura de liquidus de la capa de enlace receptora eléctricamente conductora cuando se forma la capa de enlace aleada permanente. En otras modalidades, una porción sustancial puede corresponder a una cantidad significativa que puede afectar el enlace al sustrato receptor.
Aunque las Figuras 16-18 describen la transferencia de un solo microdispositivo, el método también es aplicable a la transferencia de una diversidad de microdispositivos. Por ejemplo, la operación 1620 puede incluir calentar una pluralidad de regiones de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia a su temperatura de liquidus o superior. La operación 1630 puede incluir recoger una pluralidad correspondiente de los microdispositivos y una pluralidad correspondiente de porciones de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia con una pluralidad correspondiente de cabezales de transferencia. La operación 1640 puede incluir colocar la pluralidad de microdispositivos y pluralidad de porciones de la capa de enlace intermedia en una pluralidad correspondiente de ubicaciones de la capa de enlace receptora eléctricamente conductores en el sustrato receptor. La operación 1650 puede incluir enlazar la pluralidad de porciones de la capa de enlace eléctricamente conductora intermedia a la pluralidad correspondiente de ubicaciones de la capa de enlace receptora eléctricamente conductora para formar una pluralidad correspondiente de capas de enlace aleadas permanentes que tienen una temperatura de liquidus por arriba de 150 °C o, más específicamente, por arriba de 200 °C o por arriba de 250 °C.
En otro aspecto, las modalidades de la invención describen una manera para la transferencia de masa de un arreglo de microdispositivos prefabricados con un arreglo de cabezales de transferencia. Una herramienta de transferencia, que incluye un arreglo de cabezales de transferencia coincidentes con un múltiplo de número entero del distanciamiento del arreglo correspondiente de dispositivos de microLEDs, puede utilizarse para recoger y transferir el arreglo de dispositivos de microLEDs a un sustrato receptor. En esta forma, es posible integrar y ensamblar los dispositivos de microLEDs en sistemas integrados de manera heterogénea, incluyendo sustratos de cualquier tamaño que varía de microvisualizadores a visualizadores de área grande, y a altas velocidades de transferencia. Por ejemplo, un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos de 1 cm por 1 cm puede recoger y transferir más de 100,000 microdispositivos, con mayores arreglos de cabezales de transferencia de microdispositivos capaces de transferir más microdispositivos. Cada cabezal de transferencia en el arreglo de cabezales de transferencia también puede ser controlable independientemente, lo que habilita la recolección y liberación selectivas de los microdispositivos.
Sin limitarse a un teoría particular, las modalidades de la invención describen cabezales de transferencia de microdispositivos y arreglos de cabezales que operan de acuerdo con los principios de los sujetadores electrostáticos, al utilizar la atracción de cargas opuestas para recoger microdispositivos. De acuerdo con las modalidades de la presente invención, se aplica un tensión de entrada a un cabezal de transferencia de microdispositivos con el fin de generar una fuerza de sujeción en un microdispositivo y recoger el microdispositivo. La fuerza de sujeción es proporcional al área de placa cargada así que se calcula como presión. De acuerdo con la teoría electrostática ideal, una capa dieléctrica eléctricamente no conductora entre un electrodo monopolar y un sustrato eléctricamente conductor produce una presión de sujeción en Paséales (Pa) en la ecuación (1 ) de: P = [í0 /2] [V £r /d]2— (1 ) donde Z0 = 8.85.10"12, V = tensión de electrodo-sustrato en voltios (V), ír = constante dieléctrica, y d = grosor dieléctrico en metros (m). Con un sujetador bipolar al utilizar dos electrodos de sujeción el tensión (V) en la ecuación anterior es la mitad del tensión entre los electrodos A y B, [VA - VB] / 2. El potencial de sustrato se centra en el potencial promedio, [VA = VB]/2. Este promedio generalmente es cero con VA = [-VB].
En otro aspecto, las modalidades de la invención describen una capa de enlace que puede mantener un microdispositivo en un sustrato portador durante ciertas operaciones de procesamiento y manejo, y al someterse a un cambio de estado proporciona un medio en el cual el microdispositivo puede retenerse todavía y también es liberable fácilmente durante una operación de recolección. Por ejemplo, la capa de enlace puede volver a fundirse o volver a suspensión fluida, de tal modo que la capa de enlace se someta a un cambio de estado de estado sólido a líquido antes o durante la operación de recolección. En el estado líquido, la capa de enlace puede retener el microdispositivo en su lugar en un sustrato portador en tanto que también se proporciona un medio desde el cual el microdispositivo es fácilmente liberable. Sin limitarse a una teoría particular, al determina la presión de sujeción que es necesaria para recolectar el microdispositivo del sustrato portador, la presión de sujeción debe exceder las fuerzas que mantienen el microdispositivo en el sustrato portador, lo cual puede incluir, pero no se limitan a, fuerzas de tensión superficial, fuerzas capilares, efectos viscosos, fuerzas de restauración elástica, fuerzas de van-der-Waals, fricción estática y gravedad.
De acuerdo con las modalidades de la invención, cuando las dimensiones de un microdispositivo se reducen por debajo de cierto intervalo, las fuerzas de tensión superficial de la capa de enlace líquida que mantienen el microdispositivo en el sustrato portador pueden volverse dominantes a través de otras fuerzas que mantienen el microdispositivo. La Figura 19A es una ilustración gráfica de una modalidad obtenida por análisis de modelado que muestra la presión requerida para superar la fuerza de la tensión superficial para recoger un microdispositivo de diversas dimensiones, asumiendo una capa de enlace de indio (In) líquido con una tensión superficial de 560 mN/m a la temperatura de fusión de 156.7 °C. Por ejemplo, en referencia a la Figura 19A un microdispositivo ejemplar de 10 pm por 10 pm de ancho se retiene en un sustrato portador con una presión de tensión superficial de aproximadamente 2.2 atmósferas (atm) con una capa de enlace de indio que tiene una tensión superficial líquida de 560 mN/m a su temperatura de fusión de 156.7 °C. Esto es significativamente superior a la presión debido a la gravedad, que es de aproximadamente 1 .8 x 10~6 atm para una pieza ejemplar de 10 pm x 10 pm de ancho x 3 pm de alto de nitruro de galio (GaN).
Las presiones de tensión superficial y efectos viscosos también pueden ser dinámicos durante la operación de recolección. La Figura 19B es una ilustración gráfica de una modalidad obtenida por análisis de modelado que muestra la relación de la tensión superficial y distancia de separación creciente creadas durante la operación de recolección de un microdispositivo ejemplar de 10 pm por 10 pm de ancho, retenido en un sustrato portador con una capa de enlace de indio (In) fundido. La distancia de separación a lo largo del eje x referida en la Figura 19B es la distancia entre la parte inferior del microdispositivo y el sustrato portador, e inicia en 2 pm que corresponde a un grosor sin fundir de la capa de enlace de In. Como se ilustra en la Figura 19B, una presión de tensión superficial de 2.2 atm a lo largo del eje y inicialmente se supera por la presión de sujeción al comienzo de la operación de recolección . A medida que el microdispositivo luego se levanta del sustrato portador, la tensión superficial cae rápidamente, y la presión se nivela a medida que el microdispositivo se levanta mucho más lejos del sustrato portador.
La Figura 19C es una ilustración gráfica de una modalidad obtenida por análisis de modelado que muestra la relación de las presiones de fuerza de viscosidad (atm) y distancia de separación creciente (pm) creadas durante una operación de recolección a diversas tasas de extracción para un microdispositivo ejemplar de 10 pm por 10 pm retenido en un sustrato portador con una capa de enlace de indio (In) fundido. La distancia de separación referida en la Figura 19C es la distancia entre la parte inferior del microdispositivo y el sustrato portador, e inicia en 2 pm que corresponde a un grosor sin fundir de la capa de enlace de In. Como se ilustra, las presiones de fuerza de viscosidad son más aparentes durante las velocidades de levantamiento más rápidas tales como 1 ,000 mm/s que para velocidades de levantamiento más lentas tales como 0.1 mm/s. Más aún, las presiones generadas a partir de los efectos viscosos al utilizar las velocidades de levantamiento ejemplares ilustradas en la Figura 19C son significativamente inferiores a la presión de tensión superficial generada e ilustrada en la Figura 19B lo que sugiere que la presión de tensión superficial es la presión dominante que debe superarse por la presión de sujeción durante la operación de recolección. Si un intervalo de aire de tamaño (g) se presenta entre la capa dieléctrica del cabezal de transferencia de microdispositivos y una superficie superior eléctricamente conductores del microdispositivo entonces la presión de sujeción en la ecuación (2) es: P = [£0 /2] [V £r / (d+ £r g)]2 (2) Se contempla que un intervalo de aire puede presentarse debido a una diversidad de fuentes incluyendo, pero sin limitarse a, contaminación por partículas, torsión, y desalineación de cualquier superficie del cabezal de transferencia o microdispositivo, o la presencia de una capa adicional en el cabezal de transferencia o microdispositivo, tal como un reborde de una capa de barrera dieléctrica de conformación alrededor de la superficie superior eléctricamente conductora de un microdispositivo. En una modalidad, un reborde de una capa de barrera dieléctrica de conformación puede crear un intervalo de aire donde se forma una abertura de contacto e incrementar el grosor efectivo de la capa dieléctrica del cabezal de transferencia donde se presenta el reborde.
Como se observa a partir de las ecuaciones (1 ) y (2) anteriores, pueden utilizarse voltajes inferiores donde no se presenta intervalo de aire entre el cabezal de transferencia de microdispositivos y el microdispositivo a recogerse. Sin embargo, cuando se presenta un intervalo de aire, éste presenta una capacitancia en serie en la cual la capacitancia de aire puede competir con la capacitancia de capa dieléctrica. Con el fin de compensar la posibilidad de una capacitancia de aire entre cualquiera de una diversidad de cabezales de transferencia de microdispositivos a través de un arreglo correspondiente de microdispositivos a recogerse, un voltaje de operación superior, constante dieléctrica superior para el material dieléctrico, o material dieléctrico más delgado, puede utilizarse para maximizar el campo eléctrico. Sin embargo, el uso de un campo eléctrico superior tiene limitaciones debido a posible ruptura dieléctrica y arqueado. La Figura 19D es una ilustración gráfica de una modalidad obtenida por análisis de modelado que muestra la presión de sujeción ejercida por un cabezal de transferencia sobre un microdispositivo a medida que el cabezal de transferencia se retrae de la superficie superior eléctricamente conductora del microdispositivo, correspondiente a un tamaño creciente de intervalo de aire. Las diferentes líneas corresponden a diferentes grosores de capa dieléctrica de Ta205 entre 0.5 pm y 2.0 pm en el cabezal de transferencia, con el campo eléctrico mantenido constante. Como se ilustra, no se observa un efecto apreciable sobre la presión de sujeción en estas condiciones por debajo de los tamaños de intervalo de aire de aproximadamente 1 nm (0.001 pm), e incluso tan altos como 10 nm (0.01 pm) para algunas condiciones. Sin embargo, debe apreciarse que el intervalo de aire tolerable puede incrementarse o disminuirse al cambiar las condiciones. De esta manera, de acuerdo con algunas modalidades de la invención, cierta cantidad de tolerancia de intervalo de aire es posible durante la operación de recolección y contacto real con el cabezal de transferencia de microdispositivos y la superficie superior eléctricamente conductora del microdispositivo puede no ser necesaria.
Ahora, al asumir que la presión de sujeción requerida para recoger el microdispositivo del sustrato portador debe exceder la suma de las presiones que retienen el microdispositivo en el sustrato portador (así como cualquier reducción de presión debido al intervalo de aire) es posible derivar la interrelación del voltaje de operación, constante dieléctrica y grosor dieléctrico del material dieléctrico en el cabezal de transferencia de microdispositivos al resolver las ecuaciones de presión de sujeción. Para propósitos de claridad, al asumir que la distancia de intervalo de aire es cero, para un electrodo monopolar esto se vuelve: sqrt (P*2/ í0) = V £r / d (3) Intervalos ejemplares de valores calculados de grosor dieléctrico se proporcionan en la Tabla 4 para las presiones de sujeción deseadas de 2 atm (202650 Pa) y 20 atm (2026500 Pa) para materiales dieléctricos de AI2O3 y Ta205 entre voltajes de operación de entre 25 V y 300 V con el fin de ilustrar la interdependencia de la presión de sujeción, voltaje, constante dieléctrica y grosor dieléctrico de acuerdo con una modalidad de la invención. Las constantes dieléctricas proporcionadas son aproximadas, y se entenderá que los valores pueden variar dependiendo de la manera de formación.
Tabla 4.
Dado que la presión de sujeción es proporcional al cuadrado inverso del grosor dieléctrico, los grosores dieléctricos calculados en la Tabla 4 representan los grosores máximas que pueden formarse para lograr la presión de sujeción necesaria con el voltaje de operación determinado. Los grosores inferiores a los proporcionados en la Tabla 4 pueden resultar en presiones de sujeción superiores al voltaje de operación determinado, sin embargo los grosores inferiores incrementan el campo eléctrico aplicado a lo largo de la capa dieléctrica que requiere que el material dieléctrico posea una resistencia dieléctrica suficiente para soportar el campo eléctrico aplicado sin ocasionar corto. Debe apreciarse que los valores de presión de sujeción, voltaje, constante dieléctrica y grosor dieléctrico proporcionados en la Tabla 4 son ejemplares en su naturaleza, y se proporcionan con el fin de proporcionar un fundamento para intervalos operativos del cabezal de transferencia de microdispositivos de acuerdo con las modalidades de la invención. La relación entre los valores de presión de sujeción, voltaje, constante dieléctrica y grosor dieléctrico proporcionados en la Tabla 4 se ha ilustrado de acuerdo con la teoría electrostática ideal, y las modalidades de la invención no se limitan por ello.
La Figura 20 es una ilustración en vista lateral en sección transversal de un cabezal de transferencia de microdispositivo bipolar y arreglo de cabezales que opera de acuerdo con los principios electrostáticos con el fin de recoger la estructura de microLEDs, de acuerdo con una modalidad de la invención. Como se ilustra, el cabezal de transferencia de microdispositivo 300 puede incluir un sustrato base 302, una estructura de mesa 304 que incluye una superficie superior 308 y paredes laterales 306, una capa pasivadora opcional 310 formada sobre la estructura de mesa 304 y que incluye una superficie superior 309 y paredes laterales 307, un par de electrodos 316A, 3 6B formados sobre la estructura de mesa 304 (y capa pasivadora opcional 310) y una capa dieléctrica 320 con una superficie superior 321 que cubre los electrodos 316A, 316B. El sustrato base 302 puede formarse a partir de una diversidad de materiales tales como silicio, cerámica y polímeros que son capaces de proporcionar soporte estructural. En una modalidad, el sustrato base tiene una conductividad de entre 103 y 1018 ohm-cm. El sustrato base 302 adicionalmente puede incluir cableado (no mostrado) para conectar los cabezales de transferencia de microdispositivo 300 a la electrónica operativa de un ensamble de sujetador electrostático. Las estructuras de mesa 304 generan un perfil que se proyecta lejos del sustrato base con el fin de proporcionar un punto de contacto localizado para recoger un microdispositivo específico durante una operación de recolección. En una modalidad, las estructuras de mesa 304 tienen una altura de aproximadamente 1 µ?t? a 5 µ??, o más, específicamente alrededor de 2 µ??. Las dimensiones específicas de las estructuras de mesa 304 pueden depender de las dimensiones específicas de los microdispositivos a recogerse, así como el grosor de cualquier capa formada sobre las estructuras de mesa. En una modalidad, la altura, anchura, y planicidad del arreglo de estructuras de mesa 304 en el sustrato base 302 son uniformes de un lado a otro del sustrato base a fin de que cada cabezal de transferencia de microdispositivos 300 sea capaz de hacer contacto con cada microdispositivo correspondiente durante la operación de recolección. En una modalidad, la anchura de un lado a otro de la superficie superior 321 de cada cabezal de transferencia de microdispositivos es ligeramente mayor, aproximadamente el mismo, o menor a la anchura de la superficie superior de cada microdispositivo en el arreglo de microdispositivos correspondiente a fin de que un cabezal de transferencia no haga contacto en forma inadvertida con un microdispositivo adyacente al microdispositivo correspondiente pretendido durante la operación de recolección. La estructura de mesa 304 tiene una superficie superior 308, que puede ser plana, y paredes laterales 306. En una modalidad, las paredes laterales 306 pueden ahusarse hasta 10 grados, por ejemplo. Ahusar las paredes laterales 306 puede ser propicio en formar los electrodos 316 y cables de electrodos 314. La capa pasivadora 310 puede depositarse por una diversidad de técnicas adecuadas tales como deposición química de vapor (CVD), vaporización por pulverización catódica, o deposición atómica de capas (ALD). En una modalidad, la capa pasivadora 310 puede ser de óxido de 0.5 µ?t? - 2.0 µ?t? de grosor tales como, pero sin limitarse a, óxido de silicio (Si02), óxido de aluminio (Al203) u óxido de tantalio (Ta205). Los electrodos 3 6A, 3 6B pueden ser una sola capa o múltiples capas. Una diversidad de materiales eléctricamente conductores incluyendo metales, aleaciones de metales, metales refractarios, y aleaciones de metales refractarios puede emplearse para formar los electrodos 316A, 316B. En una modalidad, los electrodos 316A, 316B tienen un grosor de hasta 5,000 angstroms (0.5 pm). En una modalidad, los electrodos 316A, 316B incluyen un metal de alta temperatura de fusión tal como el platino, o un metal refractario o aleación de metales refractarios. Por ejemplo, los electrodos 316A, 316B pueden incluir platino, titanio, vanadio, cromo, zirconio, niobio, molibdeno, rutenio, rodio, hafnio, tantalio, tungsteno, renio, osmio, iridio y aleaciones de los mismos. Los metales refractarios y aleaciones de metales refractarios generalmente exhiben resistencia superior al calor y desgaste que otros metales. En una modalidad, los electrodos 316A, 316B son de aleación de metales refractarios de titanio tungsteno (TiW) de aproximadamente 500 angstroms (0.05 pm) de grosor. La capa dieléctrica 320 tiene un grosor y constante dieléctrica adecuados para lograr la presión de sujeción requerida del cabezal de transferencia de microdispositivos 300, y suficiente resistencia dieléctrica para no romperse al voltaje de operación. La capa dieléctrica puede ser una sola capa o múltiples capas. En una modalidad, la capa dieléctrica es de 0.5 pm - 2.0 pm de grosor, aunque el grosor puede ser más o menos dependiente de la topografía específica del cabezal de transferencia 300 y estructura de mesa subyacente 304. Los materiales dieléctricos adecuados pueden incluir, pero no se limitan a, óxido de aluminio (Al203) y óxido de tantalio (Ta205). En referencia nuevamente a la Tabla 4 anterior, las modalidades de capas dieléctricas de Al203 con campos eléctricos aplicados (determinado al dividir el voltaje entre el grosor dieléctrico) de 22 V/pm a 71 V/pm y las capas dieléctricas de Ta205 con campos eléctricos aplicados de 9 V/pm a 28 V/pm se proporcionaron. De acuerdo con las modalidades de la invención, la capa dieléctrica 320 posee una resistencia dieléctrica mayor a la del campo eléctrico aplicado con el fin de evitar el cortocircuito del cabezal de transferencia durante la operación. La capa dieléctrica 320 puede depositarse por una diversidad de técnicas adecuadas tales como deposición química de vapor (CVD), deposición atómica de capas (ALD) y deposición física de vapor (PVD) tal como vaporización por pulverización catódica. La capa dieléctrica 320 adicionalmente puede recocerse después de la deposición. En una modalidad, la capa dieléctrica 320 posee una resistencia dieléctrica de por lo menos 400 V/pm. Tal resistencia dieléctrica alta puede hacer posible el uso de una capa dieléctrica más delgada que los grosores calculados proporcionados en la Tabla 4 ejemplar. Las técnicas tales como ALD pueden utilizarse para depositar capas dieléctricas uniformes, de conformación, densas, y/o libres de agujeros con buena resistencia dieléctrica. Las capas múltiples también pueden utilizarse para lograr tal capa dieléctrica libre de agujeros 320. Las capas múltiples de diferentes materiales dieléctricos también pueden utilizarse para formar la capa dieléctrica 320. En una modalidad, los electrodos subyacentes 316A, 316B incluyen platino o un metal refractario o aleación de metales refractarios que posee una temperatura de fusión por arriba de la temperatura de deposición del o los materiales de capa dieléctrica con el fin de que no sea un factor limitante al seleccionar la temperatura de deposición de la capa dieléctrica. La siguiente descripción, correspondiente a las Figuras 21-37, describe diversas maneras para recoger un dispositivo de microLEDs y arreglo de dispositivos de microLEDs. Se apreciará que, aunque ciertos dispositivos de microLEDs se describen e ilustran en las Figuras 21-37, los dispositivos de microLEDs pueden ser cualquiera de las estructuras de dispositivos de microLEDs previamente ilustradas y descritas antes con respecto a las Figuras 1-15. Adicionalmente, se hace referencia a la capa de enlace 220 en la siguiente descripción correspondiente a las Figuras 21 -37. Debe apreciarse que la capa de enlace 220 en la siguiente descripción y Figuras 21-37 puede referirse a la capa de enlace 210, una capa de enlace enlazada por fusión, una capa de enlace aleada 2 1 , y una capa de enlace intermedia, como se describe anteriormente con respecto a loa FIGS. 1 -18.
La Figura 21 es un diagrama de flujo que ilustra un método para recoger y transferir un microdispositivo de un sustrato portador a un sustrato receptor, de acuerdo con una modalidad de la invención. En la operación 21 10 un cabezal de transferencia se coloca sobre un microdispositivo conectado a un sustrato portador. El cabezal de transferencia puede comprender una estructura de mesa, un electrodo sobre la estructura de mesa, y una capa dieléctrica que cubre el electrodo, como se describe en las modalidades anteriores. El microdispositivo entonces se pone en contacto con el cabezal de transferencia en la operación 2120. En una modalidad, el microdispositivo se pone en contacto con la capa dieléctrica 320 del cabezal de transferencia. En una modalidad alternativa, el cabezal de transferencia se coloca sobre el microdispositivo con un intervalo de aire adecuado que los separa, lo que no afecta significativamente la presión de sujeción, por ejemplo, 1 nm (0.001 µ?t?) o 10 nm (0.01 pm). En la operación 2130 se aplica un voltaje al electrodo para crear una presión de sujeción en el microdispositivo, y el microdispositivo se recoge con el cabezal de transferencia en la operación 2140. El microdispositivo entonces se libera sobre un sustrato receptor en la operación 2150.
Aunque las operaciones 2110 - 2150 se han ilustrado en secuencia en la Figura 21 , debe apreciarse que las modalidades no se limitan así y que pueden realizarse operaciones adicionales y ciertas operaciones pueden realizarse en una secuencia diferente. Por ejemplo, en una modalidad, después de poner en contacto el microdispositivo con el cabezal de transferencia, el cabezal de transferencia se fricciona de un lado a otro de una superficie superior del microdispositivo con el fin de desprender cualquier partícula que pueda presentarse en la superficie de contacto de cualquiera del cabezal de transferencia o microdispositivo. En otra modalidad, se realiza una operación para crear un cambio de estado en la capa de enlace que conecta el microdispositivo con el sustrato portador antes de o en tanto que se recoge el microdispositivo. Si una porción de la capa de enlace se recoge con el microdispositivo, pueden realizarse operaciones adicionales para controlar la fase de la porción de la capa de enlace durante el procesamiento subsecuente.
La operación 2130 de aplicar el voltaje al electrodo para crear una presión de sujeción en el microdispositivo puede realizarse en diversos órdenes. Por ejemplo, el voltaje puede aplicarse antes de poner en contacto el microdispositivo con el cabezal de transferencia, mientras se pone en contacto el microdispositivo con el cabezal de transferencia, o después de poner en contacto el microdispositivo con el cabezal de transferencia. El voltaje también puede aplicarse antes, mientras, o después de crear el cambio de estado en la capa de enlace.
En casos donde el cabezal de transferencia incluye un electrodo bipolar, un voltaje alterno se aplica a través del par de electrodos 316A, 316B a fin de que en un punto en el tiempo particular cuando se aplica un voltaje negativo al electrodo 316A, se aplique un voltaje positivo al electrodo 316B, y viceversa con el fin de crear la presión de recolección. La liberación del microdispositivo del cabezal de transferencia puede conseguirse con una diversidad de métodos, incluyendo apagar las fuentes de voltaje, reducir el voltaje a través del par de electrodos, cambiar una forma de onda del voltaje de AC, y conectar a tierra la fuente de voltaje. La Figura 22 es un diagrama de flujo que ilustra un método para recoger y transferir un arreglo de microdispositivos de un sustrato portador a por lo menos un sustrato receptor, de acuerdo con una modalidad de la invención. En la operación 2210 un arreglo de cabezales de transferencia se coloca sobre un arreglo de microdispositivos, con cada cabezal de transferencia teniendo una estructura de mesa, un electrodo sobre la estructura de mesa, y una capa dieléctrica que cubre electrodo. En la operación 2220 el arreglo de microdispositivos se pone en contacto con el arreglo de los cabezales de transferencia. En una modalidad alternativa, el arreglo de cabezales de transferencia se coloca sobre el arreglo de microdispositivos con un intervalo de aire adecuado que los separa, lo que no afecta significativamente la presión de sujeción, por ejemplo, 1 nm (0.001 pm) o 10 nm (0.01 pm). La Figura 23 es una ilustración en vista lateral de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos 300 en contacto con un arreglo de dispositivos de microLEDs 100, de acuerdo con una modalidad de la invención. Como se ilustra en la Figura 23, el distanciamiento (P) del arreglo de cabezales de transferencia 300 coincide con el distanciamiento de los dispositivos de microLEDs 100, con el distanciamiento (P) del arreglo de cabezales de transferencia siendo la suma del espacio (S) entre los cabezales de transferencia y anchura (W) de un cabezal de transferencia. En una modalidad, el arreglo de dispositivos de microLEDs 100 tiene un distanciamiento de 10 pm, con cada dispositivo de microLEDs teniendo un espacio de 2 pm y una anchura máxima de 8 pm. En una modalidad ejemplar, asumiendo un microdiodo p-n 150 con paredes laterales rectas, la superficie superior de cada dispositivo de microLEDs 100 tiene una anchura de aproximadamente 8 pm. En tal modalidad ejemplar, la anchura de la superficie superior 321 (véase la Figura 20) de un cabezal de transferencia correspondiente 300 es de aproximadamente 8 m o inferior, con el fin de evitar hacer un contacto inadvertido con un dispositivo de microLEDs adyacente. En otra modalidad, el arreglo de dispositivos de microLEDs 100 puede tener un distanciamiento de 5 pm, con cada dispositivo de microLEDs teniendo un espacio de 2 µ?t? y una anchura máxima de 3 pm. En una modalidad ejemplar, la superficie superior de cada dispositivo de microLEDs 100 tiene una anchura de aproximadamente 3 pm. En tal modalidad ejemplar, la anchura de la superficie superior 321 de un cabezal de transferencia correspondiente 300 es de aproximadamente 3 pm o inferior, con el fin de evitar hacer un contacto inadvertido con un dispositivo de microLEDs adyacente 100. Sin embargo, las modalidades de la invención no se limitan a estas dimensiones específicas, y pueden ser de cualquier dimensión adecuada. Por ejemplo, la superficie superior 321 del cabezal de transferencia 300 puede ser ligeramente mayor a la superficie superior del dispositivo de microLEDs 100, y más pequeña que el distanciamiento (P) del arreglo de microLEDs descrito con respecto a las Figuras 12A-12B.
La Figura 24 es una ilustración en vista lateral de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos en contacto con un arreglo de dispositivos de microLEDs 100, de acuerdo con una modalidad de la invención. En la modalidad ilustrada en la Figura 24, el distanciamiento (P) del cabezales de transferencia es un múltiplo de número entero del distanciamiento del arreglo de microdispositivos. En la modalidad particular ilustrada, el distanciamiento (P) de los cabezales de transferencia es 3 veces el distanciamiento del arreglo de dispositivos de microLEDs. En tal modalidad, tener un distanciamiento de cabezales de transferencia mayor puede proteger contra el arqueo entre los cabezales de transferencia.
En referencia nuevamente a la Figura 22, en la operación 2230 un voltaje se aplica de manera selectiva a una porción del arreglo de cabezales de transferencia 100. De esta manera, cada cabezal de transferencia 300 puede operarse independientemente. En la operación 2240 una porción correspondiente del arreglo de microdispositivos se recoge con la porción del arreglo de cabezales de transferencia al cual el voltaje se aplicó de manera selectiva. En una modalidad, aplicar de manera selectiva un voltaje a una porción del arreglo de cabezales de transferencia significa aplicar un voltaje a todo cabezal de transferencia en el arreglo de cabezales de transferencia. La Figura 25 es una ilustración en vista lateral de todo cabezal de transferencia en un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos que recogen un arreglo de dispositivos de microLEDs 100, de acuerdo con una modalidad de la invención. En otra modalidad, aplicar de manera selectiva un voltaje a una porción del arreglo de cabezales de transferencia significa aplicar un voltaje a menos que todo cabezal de transferencia (por ejemplo, un subconjunto de cabezales de transferencia) en el arreglo de cabezales de transferencia. La Figura 26 es una ilustración en vista lateral de un subconjunto del arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos que recogen una porción de un arreglo de dispositivos de microLEDs 100, de acuerdo con una modalidad de la invención. En una modalidad particular ilustrada en las Figuras 25-26, la operación de recolección incluye recoger el microdiodo p-n 50, la pila de metalización reflectante 120, el espaciador eléctricamente aislante 127 y una porción de la capa de barrera dieléctrica de conformación 160 para el dispositivo de microLEDs 100. En una modalidad particular ilustrada en las Figuras 25-26, la operación de recolección incluye recoger una porción sustancial de la capa de enlace 220. Por consiguiente, cualquiera de las modalidades descritas con respecto a las Figuras 23-28 también puede acompañarse al controlar la temperatura de la porción de la capa de enlace 220. Por ejemplo, las modalidades descritas con respecto a las Figuras 23-28 pueden incluir realizar una operación para crear un cambio de estado de estado sólido a líquido en una pluralidad de ubicaciones de la capa de enlace que conecta el arreglo de microdispositivos al sustrato portador 201 antes de recolectar el arreglo de microdispositivos. En una modalidad, la pluralidad de ubicaciones de la capa de enlace puede ser regiones de la misma capa de enlace. En una modalidad, la pluralidad de ubicaciones de la capa de enlace puede ser ubicaciones separadas lateralmente de la capa de enlace.
En la operación 2250 la porción del arreglo de microdispositivos entonces se libera sobre por lo menos un sustrato receptor. De esta manera, el arreglo de microLEDs puede liberarse en su totalidad sobre un solo sustrato receptor, o liberarse de manera selectiva sobre múltiples sustratos. Por ejemplo, el sustrato receptor puede ser, pero no se limita a, un sustrato de visuallzación, un sustrato de iluminación, un sustrato con dispositivos funcionales tales como transistores o IC, o un sustrato con líneas metálicas de redistribución. La liberación puede conseguirse al afectar el voltaje aplicado, como se describe previamente. De acuerdo con algunas modalidades, la liberación también puede acompañarse al enlazar por aleación la capa de enlace 220 con una capa de enlace receptora eléctricamente conductora para formar una capa de enlace aleada permanente, de manera similar a como se describe con respecto a las Figuras 16-18. En ciertas modalidades, una porción sustancial de la capa de enlace 220 se libera sobre el sustrato receptor con un dispositivo de microLEDs correspondiente. En modalidades semejantes, una porción sustancial puede corresponder a una cantidad suficiente de capa de enlace para alterar la temperatura de liquidus de la capa de enlace receptora eléctricamente conductora cuando se forma la capa de enlace aleada permanente. En otras modalidades, una porción sustancial puede corresponder a una cantidad significativa que puede afectar el enlace al sustrato receptor.
La Figura 27 es una ilustración en vista lateral de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos que aloja un arreglo correspondiente de dispositivos de microLEDs 100 sobre un sustrato receptor 400 que incluye una pluralidad de contactos impulsores 410. El arreglo de dispositivos de microLEDs 100 entonces puede colocarse en contacto con el sustrato receptor y luego liberarse de manera selectiva. La Figura 28 es una ilustración en vista lateral de un solo dispositivo de microLEDs 100 liberado de manera selectiva sobre el sustrato receptor 400 a través de un contacto impulsor 410 de acuerdo con una modalidad de la invención. En otra modalidad, más de un dispositivo de microLEDs 100 se libera, o todo el arreglo de dispositivos de microLEDs 100 se libera. La Figura 29 es un diagrama de flujo que ilustra un método para recoger y transferir un microdispositivo de un sustrato portador a un sustrato receptor, de acuerdo con una modalidad de la invención. Para propósitos de claridad, la Figura 29 se describe en relación con diversas configuraciones estructurales ilustradas en las Figuras 30A-32B, aunque las modalidades de la invención no se limitan así, y pueden practicarse con otras configuraciones estructurales referidas en este documento. En la operación 2910 un sustrato portador que lleva un microdispositivo conectado a una capa de enlace se calienta opcionalmente a una temperatura por debajo de una temperatura de liquidus de la capa de enlace. En una modalidad, el sustrato portador se calienta a una temperatura de 1 °C a 10 °C por debajo de una temperatura de liquidus de la capa de enlace, aunque temperaturas inferiores o superiores pueden utilizarse. El calor del sustrato portador puede transferirse del sustrato portador a la capa de enlace, para mantener también la capa de enlace a aproximadamente la misma temperatura. En la operación 2920 un cabezal de transferencia se calienta a una temperatura por arriba de la temperatura de liquidus de la capa de enlace. Por ejemplo, el cabezal de transferencia puede calentarse a una temperatura de 1 °C a 150 °C y, más específicamente, 1 °C a 50 °C, por arriba de la temperatura de liquidus de la capa de enlace, aunque temperaturas superiores pueden utilizarse. El mícrodispositivo entonces se pone en contacto con el cabezal de transferencia en la operación 2925, y el calor se transfiere del cabezal de transferencia 300 hacia la capa de enlace 220 para fundir por lo menos parcialmente la capa de enlace en la operación 2930. Alternativamente, el microdispositivo puede ponerse en contacto con el cabezal de transferencia en la operación 2925, seguido por calentar el cabezal de transferencia a la temperatura por arriba de la temperatura de liquidus de la capa de enlace en la operación 2920 a fin de que el calor se transfiera del cabezal de transferencia 300 hacia la capa de enlace 220 para fundir por lo menos parcialmente la capa de enlace en la operación 2930. Por consiguiente, se entenderá que el orden de las operaciones en los diagramas de flujo ilustrados en la Figura 29 y Figura 33 puede realizarse en órdenes diferentes a las operaciones numeradas en secuencia. En una modalidad, el cabezal de transferencia y sustrato portador se calientan a temperaturas de tal modo que una porción suficiente de la capa de enlace se funda rápidamente con el contacto del microdispositivo con el cabezal de transferencia que se calienta por arriba de la temperatura de liquidus a fin de que el microdispositivo pueda recogerse por el cabezal de transferencia con la creación de una presión de sujeción que supera las fuerzas de tensión superficial que mantienen el microdispositivo en el sustrato portador. El tamaño del microdispositivo, velocidad de recolección, y conductividad térmica del sistema son factores en la determinación de las temperaturas. La Figura 30A es una ilustración en vista lateral de una ubicación fundida por lo menos parcialmente 215 de una capa de enlace lateralmente continua directamente por debajo del dispositivo de microLEDs 100 de acuerdo con una modalidad de la invención. Como se ilustra, el área 209 en la ubicación 215 de la capa de enlace 220 localizada directamente por debajo del microdispositivo 200 se ilustra con un sombreado más oscuro, lo que indica que el área 21 1 se encuentra en estado líquido, en tanto que las porciones sombreadas más claras 213 de la capa de enlace 220 se encuentran en estado sólido. En la modalidad particular ilustrada en la Figura 33A, el fundido localizado del área 209 de la capa de enlace 220 puede conseguirse al calentar de manera separada el sustrato 201 que transporta el microdispositivo 100, y el ensamble de cabezales de transferencia que transporta el cabezal de transferencia 300. Por ejemplo, el sustrato portador 201 puede calentarse totalmente con un elemento de calentamiento opcional 602 (indicado por las líneas punteadas) y placa de distribución térmica 600 a una temperatura 1 °C a 10 °C por debajo de una temperatura de liquidus de la capa de enlace, y el cabezal de transferencia puede calentarse con un elemento de calentamiento 502 y placa de distribución térmica 500 a una temperatura de 1 °C a 150 °C y, más específicamente, 1 °C a 150 °C, por arriba de la temperatura de liquidus de la capa de enlace. El calor puede aplicarse en otras formas, tales como lámparas candentes IR, láseres, elementos de calentamiento por resistencia, entre otros. El sustrato 201 también puede calentarse en forma local.
La Figura 30B es una ilustración en vista lateral de ubicaciones fundidas por lo menos parcialmente de una capa de enlace lateralmente continua directamente por debajo del dispositivo de microLEDs 100 de acuerdo con una modalidad de la invención. Como se ilustra, la ubicación de la capa de enlace 220 localizada directamente por debajo del microdispositivo 200 se ilustra con un sombreado más oscuro, lo que indica que el área 209 se encuentra en estado líquido. En la modalidad particular ilustrada en la Figura 30B, sustancialmente toda la capa de enlace lateralmente continua 220 se encuentra en estado líquido 209, lo que puede conseguirse al calentar totalmente el sustrato 201 que transporta el microdispositivo 100 a o por arriba de la temperatura de liquidus de la capa de enlace 220, por ejemplo, con el elemento de calentamiento 602 y placa de distribución térmica 600, sin requerir separar el calentamiento del cabezal de transferencia 300. La Figura 31A es una ilustración en vista lateral de una ubicación separada lateralmente fundida por lo menos parcialmente 215 de una capa de enlace directamente por debajo del dispositivo de microLEDs 100 de acuerdo con otra modalidad de la invención. Como se ilustra, las ubicaciones 215 de la capa de enlace 220 directamente por debajo de los microdispositivos 100 son ubicaciones separadas lateralmente, con la ubicación separada lateralmente 215 de la capa de enlace localizada directamente por debajo del microdispositivo 100 que se encuentra en contacto con el cabezal de transferencia 300 fundido por lo menos parcialmente, indicado por el sombreado del área 209. Similar a la Figura 30A, el fundido localizado del área 209 de la ubicación separada lateralmente de la capa de enlace 220 puede conseguirse al calentar de manera separada el sustrato 201 que transporta el microdispositivo 100, y el ensamble de cabezales de transferencia que transporta el cabezal de transferencia 300. El elemento de calentamiento 602 puede ser opcional para el calentamiento localizado, indicado por las líneas punteadas. El sustrato portador 201 también puede calentarse en forma local. La Figura 31 B es una ilustración en vista lateral de ubicaciones por lo menos parcialmente fundidas lateralmente separadas de una capa de enlace, de acuerdo con una modalidad de la invención. Como se ilustra, las ubicaciones separadas lateralmente 215 de la capa de enlace 220 localizadas por debajo de los microdispositivos 100 se ilustran con un sombreado más oscuro que indica que las áreas 209 se encuentran en estado líquido. En la modalidad particular ilustrada en la Figura 31 B, sustancialmente la totalidad de cada ubicación separada lateralmente 215 de la capa de enlace 220 se funde, lo cual puede conseguirse al calentar totalmente el sustrato 201 que transporta los microdispositivos 100 a o por arriba de la temperatura de liquidus de la capa de enlace 220, por ejemplo, con el elemento de calentamiento 602 y placa de distribución térmica 600, sin requerir un calentamiento separado del cabezal de transferencia 300. La Figura 32A es una Ilustración en vista lateral de una ubicación lateralmente separada por lo menos parcialmente fundida 215 de una capa de enlace en un poste 202, de acuerdo con una modalidad de la invención. Como se ilustra, las ubicaciones 215 de la capa de enlace 220 localizada por debajo de los microdispositivos 100 son ubicaciones separadas lateralmente, con la ubicación separada lateralmente 215 de la capa de enlace localizada por debajo del microdispositivo 100 en contacto con el cabezal de transferencia 300 fundido por lo menos parcialmente, indicado por el sombreado del área 209. La capa de enlace 220 también puede incluir regiones de capa de enlace aleada 21 1 y regiones de la capa de enlace 210, similar a la Figura 10", Ejemplo, B. Similar a la Figura 30A, el fundido localizado del área 209 de la ubicación separada lateralmente 215 de la capa de enlace 220 puede conseguirse al calentar de manera separada el sustrato 201 que transporta el microdispositivo 100, y el ensamble de cabezales de transferencia que transporta el cabezal de transferencia 300. El elemento de calentamiento 602 puede ser opcional para el calentamiento localizado, indicado por las líneas punteadas. El sustrato portador 201 también puede calentarse en forma local.
La Figura 32B es una ilustración en vista lateral de ubicaciones lateralmente separadas por lo menos parcialmente fundidas 215 de una capa de enlace en los postes 202, de acuerdo con una modalidad de la invención. Como se ilustra, las ubicaciones separadas lateralmente de la capa de enlace 220 localizadas por debajo de los microdispositivos 100 se ilustran con un sombreado más oscuro que indica que las áreas 209 se encuentran en estado líquido. En la modalidad particular ilustrada en la Figura 32B, cada ubicación separada lateralmente 215 de la capa de enlace 220 se funde, lo cual puede conseguirse al calentar totalmente el sustrato 201 que transporta los microdispositivos 100 a o por arriba de la temperatura de liquidus de la capa de enlace 220, por ejemplo, con el elemento de calentamiento 602 y placa de distribución térmica 600, sin requerir un calentamiento separado del cabezal de transferencia 300. En referencia nuevamente a la Figura 29 un voltaje se aplica al o los electrodos 316 en el cabezal de transferencia 300 para crear una presión de sujeción en el microdispositivo 100 en la operación 2940 y, en la operación 2950, el microdispositivo se recoge con el cabezal de transferencia. Como se describe anteriormente, el orden de las operaciones en los diagramas de flujo ilustrados en la Figura 29 y Figura 33 puede realizarse en órdenes diferentes a las operaciones numeradas en secuencia. Por ejemplo, la operación 2940 de aplicar un voltaje al cabezal de transferencia para crear una presión de sujeción en el microdispositivo puede realizarse antes en la secuencia de operaciones. En una modalidad, una porción sustancial de la capa de enlace 220 se recoge con el cabezal de transferencia 300 en la operación 2945. Por ejemplo, aproximadamente la mitad de la capa de enlace 220 puede recogerse con el microdispositivo 100. En una modalidad alternativa, nada de la capa de enlace 220 se recoge con el cabezal de transferencia. En la operación 2950 el microdispositivo y opcionalmente una porción de la capa de enlace 220 se colocan en contacto con un sustrato receptor. El microdispositivo y opcionalmente una porción de la capa de enlace 220 y capa de barrera dieléctrica de conformación 160 entonces se liberan sobre el sustrato receptor en la operación 2960. Una diversidad de operaciones puede realizarse para controlar la fase de la porción de la capa de enlace cuando se recoge, transfiere, pone en contacto con el sustrato receptor, y libera el microdispositivo y porción de la capa de enlace 220 (o capa de enlace aleada 21 1) en el sustrato receptor. Por ejemplo, la porción de la capa de enlace que se recoge con el microdispositivo puede mantenerse en estado líquido durante la operación de contacto 2950 y durante la operación de liberación 2960. En otra modalidad, la porción de la capa de enlace puede dejarse enfriar a una fase sólida después de recogerse. Por ejemplo, la porción de la capa de enlace puede estar en una fase sólida durante la operación de contacto 2950, y nuevamente fundirse al estado líquido antes o durante la operación de liberación 2960. Una diversidad de ciclos de fase de temperatura y material puede realizarse de acuerdo con las modalidades de la invención.
Una modalidad ejemplar que ilustra el control de la fase de la porción de la capa de enlace (o capa de enlace aleada) cuando se recoge, transfiere, se pone en contacto con el sustrato receptor, y libera el microdispositivo de la Figura 30A se describe con mayor detalle en el siguiente método ilustrado en la Figura 33 y las configuraciones estructurales ilustradas en las Figuras 34-37, aunque las modalidades de la invención no se limitan así y pueden practicarse con otras configuraciones estructurales. En la operación 3310 un sustrato que transporta un arreglo de microdispositivos conectados a una pluralidad de ubicaciones de una capa de enlace se calienta opcionalmente a una temperatura por debajo de una temperatura de liquidus de la capa de enlace. El calor del sustrato portador puede transferirse del sustrato portador a la capa de enlace, para mantener también la capa de enlace a aproximadamente la misma temperatura. En la operación 3320 un cabezal de transferencia se calienta a una temperatura por arriba de la temperatura de liquidus de la capa de enlace. El arreglo de microdispositivos entonces se pone en contacto con el arreglo de cabezales de transferencia en la operación 3325, y el calor se transfiere del arreglo de cabezales de transferencia 300 hacia la pluralidad de ubicaciones de la capa de enlace 220 para fundir por lo menos parcialmente las porciones de la pluralidad de ubicaciones de la capa de enlace en la operación 3330. Alternativamente, el arreglo de microdispositivos puede ponerse en contacto con el arreglo de cabezales de transferencia en la operación 3325, seguido por calentar el arreglo de cabezales de transferencia a la temperatura por arriba de la temperatura de liquidus de la capa de enlace en la operación 3320 a fin de que el calor se transfiera del arreglo de cabezales de transferencia 300 hacia la pluralidad de ubicaciones de la capa de enlace 220 para fundir por lo menos parcialmente las porciones de la pluralidad de ubicaciones de la capa de enlace en la operación 3330. Por consiguiente, se entenderá que el orden de las operaciones en los diagramas de flujo ilustrados en la Figura 29 y Figura 33 puede realizarse en órdenes diferentes a las operaciones numeradas en secuencia. La Figura 34 es una ilustración en vista lateral de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos en contacto con un arreglo de dispositivos de microLEDs de la Figura 30A, en el cual la pluralidad de ubicaciones de la capa de enlace 220 (o capa de enlace aleada 211 ) se funden por lo menos parcialmente, indicado por las áreas de sombreado oscuro 209, de acuerdo con una modalidad de la invención. En la modalidad particular ilustrada en la Figura 34, el fundido localizado de las áreas 209 de la capa de enlace 220 puede conseguirse al calentar de manera separada el sustrato portador 201 que transporta los microdispositivos 100, y el arreglo de cabezales de transferencia 300. Por ejemplo, el sustrato portador 201 puede calentarse con un elemento de calentamiento 602 y placa de distribución térmica 600 a una temperatura de 1 °C a 10 °C por debajo de una temperatura de liquidus de la capa de enlace, y el arreglo base de cabezales de transferencia 300 puede calentarse con un elemento de calentamiento 502 y placa de distribución térmica 500 a una temperatura de 1 °C a 150 °C y, más específicamente, 1 °C a 150 °C, por arriba de la temperatura de liquidus de la capa de enlace, como se describe en relación con la Figura 30A. El calor puede aplicarse en otras formas, tales como lámparas candentes IR, láseres, elementos de calentamiento por resistencia, entre otros. El sustrato portador 201 también puede calentarse en forma local.
En referencia nuevamente a la Figura 33 un voltaje entonces se aplica de manera selectiva al o los electrodos 1 16 en una porción del arreglo de cabezales de transferencia 300 para crear una presión de sujeción en el arreglo correspondiente de microdispositivos 100 en la operación 3340, y en la operación 3345 la porción correspondiente del arreglo de microdispositivos 100 se recoge con la porción del arreglo de cabezales de transferencia 300. Como se describe anteriormente, el orden de las operaciones en los diagramas de flujo ilustrados en la Figura 29 y Figura 33 puede realizarse en órdenes diferentes a las operaciones numeradas en secuencia. Por ejemplo, la operación 3340 de aplicar un voltaje al cabezal de transferencia para crear una presión de sujeción en el microdispositivo puede realizarse antes en la secuencia de operaciones. En una modalidad, una porción sustancial de la pluralidad de ubicaciones de la capa de enlace 220 se recoge con el arreglo de microdispositivos 100 en la operación 3345. Por ejemplo, aproximadamente la mitad de la pluralidad de ubicaciones de la capa de enlace 220 puede recogerse con el arreglo de microdispositivos 100. En una modalidad alternativa, nada de la capa de enlace 220 se recoge con el arreglo de microdispositivos 100. La Figura 35 es una ilustración en vista lateral de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos 300 que recoge un arreglo de dispositivos de microLEDs 100 de acuerdo con una modalidad de la invención, en el cual una porción sustancial de la pluralidad de ubicaciones de la capa de enlace se recoge en el estado líquido 209 en conjunto con el arreglo de dispositivos de microLEDs 100. En la operación 3350 la porción correspondiente del arreglo de microdispositivos 100 y opcionalmente la porción de la capa de enlace 220 que se ha recogido, se colocan en contacto con un sustrato receptor. La capa de enlace 220 puede estar en estado sólido 213 o estado líquido 209 cuando se pone en contacto con el sustrato. La porción del arreglo de microdispositivos y opcionalmente la porción de la capa de enlace 220 entonces se liberan de manera selectiva sobre el o los sustratos receptores en la operación 3360. De esta manera, el arreglo de microdispositivos puede liberarse en su totalidad sobre un solo sustrato receptor, o liberarse de manera selectiva sobre múltiples sustratos. El sustrato receptor puede ser, pero no se limita a, un sustrato de visualización, un sustrato de iluminación, un sustrato con dispositivos funcionales tales como transistores o IC, o un sustrato con líneas metálicas de redistribución. La libración puede conseguirse al apagar la fuente de voltaje, conectar a tierra la fuente de voltaje, o invertir la polaridad del voltaje constante.
De acuerdo con algunas modalidades, la liberación también puede acompañarse al enlazar por aleación la capa de enlace 220 con una capa de enlace receptora eléctricamente conductora para formar una capa de enlace aleada permanente, de manera similar a como se describe con respecto a las Figuras 16-18. En ciertas modalidades, una porción sustancial de la capa de enlace 220 se libera sobre el sustrato receptor con un dispositivo de microLEDs correspondiente. En modalidades semejantes, una porción sustancial puede corresponder a una cantidad suficiente de capa de enlace para alterar la temperatura de liquidus de la capa de enlace receptora eléctricamente conductora cuando se forma la capa de enlace aleada permanente. En otras modalidades, una porción sustancial puede corresponder a una cantidad significativa que puede afectar el enlace al sustrato receptor.
La Figura 36 es una ilustración en vista lateral de un arreglo de cabezales de transferencia de microdispositivos con un arreglo de dispositivos de microLEDs colocado sobre un sustrato receptor 400 incluyendo una pluralidad de contactos impulsores 410 de acuerdo con una modalidad de la invención, en la cual las porciones de la capa de enlace que se han recogido se encuentran en estado líquido 209. La Figura 37 es una ilustración en vista lateral de un arreglo de dispositivos de microLEDs liberado de manera selectiva sobre el sustrato receptor 400 sobre los contactos impulsores 410 de acuerdo con una modalidad de la invención. En otra modalidad, se libera un solo dispositivo de microLEDs 100 o una porción de los dispositivos de microLEDs 100. Con la liberación de los microdispositivos 100 sobre el sustrato receptor 400, las porciones correspondientes de la capa de enlace se dejan enfriar al estado sólido 213.
En una modalidad, el sustrato receptor 400 puede calentarse a una temperatura por arriba o por debajo de la temperatura de liquidus de la capa de enlace 220 para ayudar con el proceso de transferencia. El sustrato receptor 400 también puede calentarse en forma local o totalmente. En una modalidad, el sustrato receptor se calienta totalmente con un elemento de calentamiento 702 y placa de distribución térmica 700, similar al sustrato portador. El calor puede aplicarse en otras formas, tales como lámparas candentes IR, láseres, elementos de calentamiento por resistencia, entre otros. En una modalidad, un láser localizado puede proporcionarse por arriba de una superficie superior del sustrato receptor 400 para proporcionar un calentamiento localizado a la capa de enlace o sustrato receptor. En otra modalidad, un láser localizado puede proporcionarse por debajo de una superficie inferior del sustrato receptor 400, a fin de que la capa de enlace o sustrato receptor se caliente en forma local desde la parte posterior. En casos donde se utiliza el calentamiento localizado del sustrato receptor 400, por ejemplo por láser, pueden conseguirse temperaturas por debajo o por arriba de la temperatura de liquidus de la capa de enlace. Por ejemplo, una región local del sustrato receptor 400 adyacente al contacto 410 puede calentarse en forma local a o por arriba de la temperatura de liquidus de la capa de enlace para facilitar el enlace, seguido por enfriamiento para solidificar el enlace. Asimismo, el sustrato receptor 400 puede mantenerse en forma local o totalmente a una temperatura elevada por debajo de la temperatura de liquidus de la capa de enlace, o dejarse permanecer a temperatura ambiente.
Una diversidad de operaciones puede realizarse para controlar la fase de la porción de la capa de enlace cuando se recoge, transfiere, pone en contacto con el sustrato receptor, y libera los microdispositivos y porción de la capa de enlace 220 en el sustrato receptor. Por ejemplo, la porción de la capa de enlace que se recoge con el microdispositivo puede mantenerse en estado líquido durante la operación de contacto 3350 y durante la operación de liberación 3360. En otra modalidad, la porción de la capa de enlace puede dejarse enfriar a una fase sólida después de recogerse. Por ejemplo, la porción de la capa de enlace puede estar en una fase sólida durante la operación de contacto 3350, y nuevamente fundirse al estado líquido antes o durante la operación de liberación 3360. Una diversidad de ciclos de fase de temperatura y material puede realizarse de acuerdo con las modalidades de la invención. Al utilizar los diversos aspectos de esta invención, debe ser obvio para un experto en la técnica que las combinaciones o variaciones de las modalidades anteriores son posibles para formar un arreglo de estructuras de microLEDs que se encuentran a punto para recogerse y transferirse a un sustrato receptor. Aunque la presente invención se ha descrito en un lenguaje específico de los atributos estructurales y/o acciones metodológicas, se entenderá que la invención definida en las reivindicaciones adjuntas no se limita necesariamente a los atributos o acciones específicos descritos. Los atributos y acciones específicos dados a conocer, en lugar de ello, deben entenderse como implementaciones particularmente elegantes de la invención reclamada, útiles para ilustrar la presente invención.

Claims (19)

REIVINDICACIONES
1 . Un método para formar un arreglo de microLEDs, que comprende: enlazar una primera pila de sustrato a una segunda pila de sustrato con una capa de enlace; en donde la primera pila de sustrato comprende: una capa de diodos p-n formada en el primer sustrato; una pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas en la capa de diodos p-n; una capa grabada eléctricamente aislante lateralmente entre la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas en la capa de diodos p-n; remover el primer sustrato; y grabar al ácido completamente la capa de diodos p-n para formar una pluralidad de microdiodos p-n sobre la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas, y exponer la capa grabada eléctricamente aislante lateralmente entre la pluralidad de microdiodos p-n.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1 : en donde la primera pila de sustrato comprende una primera capa de enlace eléctricamente conductora sobre la capa grabada eléctricamente aislante y la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas, y la segunda pila de sustrato comprende una segunda capa de enlace eléctricamente conductora; y en donde enlazar la primera pila de sustrato a la segunda pila de sustrato además comprende enlazar la primera capa de enlace eléctricamente conductora a la segunda capa de enlace eléctricamente conductora para formar una capa de enlace aleada.
3. El método de conformidad con la reivindicación 2, en donde: una de la primera y segunda capas de enlace eléctricamente conductoras tiene una temperatura de liquidus por debajo de 350 °C, y la capa de enlace aleada tiene una temperatura de liquidus por debajo de 350 °C; o una de la primera y segunda capas de enlace eléctricamente conductoras tiene una temperatura de liquidus por debajo de 200 °C, y la capa de enlace aleada tiene una temperatura de liquidus por debajo de 200 °C.
4. El método de conformidad con la reivindicación 3, en donde una de la primera y segunda capas de enlace eléctricamente conductoras comprende un material seleccionado del grupo que consiste en indio y estaño.
5. El método de conformidad con la reivindicación 4, en donde una de la primera y segunda capas de enlace eléctricamente conductoras tiene un grosor que es 5%, o menos, de un grosor de la otra de la primera y segunda capas de enlace eléctricamente conductoras.
6. El método de conformidad con la reivindicación 1 , que además comprende grabar una capa de pilas de metalización reflectantes en la capa de diodos p-n para formar la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas en la capa de diodos p-n.
7. El método de conformidad con la reivindicación 6, que además comprende depositar la capa eléctricamente aislante sobre la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas.
8. El método de conformidad con la reivindicación 7, que además comprende grabar la capa eléctricamente aislante para formar una pluralidad de aberturas que exponen la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas.
9. El método de conformidad con la reivindicación 8, que además comprende depositar una primera capa de enlace eléctricamente conductora sobre la capa grabada eléctricamente aislante y la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas.
10. El método de conformidad con la reivindicación 1 , que además comprende grabar al ácido la capa grabada eléctricamente aislante después de detener el grabado al ácido de la capa de diodos p-n para exponer una superficie inferior de cada uno de la pluralidad de microdíodos p-n.
1 1. El método de conformidad con la reivindicación 10, que además comprende depositar una capa de barrera dieléctrica de conformación en las superficies laterales y la superficie inferior de cada uno de la pluralidad de microdíodos p-n.
12. El método de conformidad con la reivindicación 1 1 , en donde la capa de barrera dieléctrica de conformación cubre una superficie lateral de una capa de pozos cuánticos en el microdiodo p-n.
13. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde grabar al ácido la capa de diodos p-n para formar la pluralidad de microdiodos p-n comprende grabado por plasma.
14. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde la capa de enlace comprende un polímero, un metal, o una aleación metálica.
15. El método de conformidad con la reivindicación 1 , que además comprende grabar al ácido la capa grabada eléctricamente aislante después del grabado al ácido de la capa de diodos p-n para remover la capa grabada eléctricamente aislante de debajo de una superficie inferior de cada uno de la pluralidad de microdiodos p-n.
16. El método de conformidad con la reivindicación 1 , que además comprende incrustar una topografía de la capa grabada eléctricamente aislante en la capa de enlace durante el enlace de la primera pila de sustrato a la segunda pila de sustrato.
17. El método de conformidad con la reivindicación 1 , que además comprende depositar la capa eléctricamente aislante sobre la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas y grabar la capa eléctricamente aislante para formar la capa grabada eléctricamente aislante, incluyendo una pluralidad de aberturas que exponen la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas.
18. El método de conformidad con la reivindicación 17, en donde la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas son más anchas que la pluralidad de aberturas que exponen la pluralidad de pilas de metalización reflectantes separadas.
19. El método de conformidad con la reivindicación 18, que además comprende grabar al ácido la capa grabada eléctricamente aislante después del grabado al ácido de la capa de diodos p-n para remover la capa grabada eléctricamente aislante de debajo de una superficie inferior de cada uno de la pluralidad de microdiodos p-n.
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