TW202327126A - 半極化微型發光二極體 - Google Patents

Abstract

本發明描述一種發光二極體，該發光二極體包括：n型半導體層，其包括形成於其中之凹坑結構；主動層，其僅生長在該凹坑結構之側壁上且配置以發射光；以及p型半導體層，其在這些主動層上且至少部分地在該凹坑結構中。在一個具體實例中，該凹坑結構之特徵在於倒金字塔形之形狀。藉由例如使用蝕刻遮罩層蝕刻該n型半導體層，或在基板上透過具有孔洞陣列之遮罩層使該n型半導體層生長，該凹坑結構形成於該n型半導體層中，該蝕刻遮罩層具有含傾斜側壁之孔洞。

Description

半極化微型發光二極體

[相關申請案]

本申請案主張2021年10月25日申請之美國非臨時專利申請案第17/510,282號之優先權，且該美國非臨時專利申請案以全文引用之方式併入本文中。

本發明係關於半極化微型發光二極體。

發光二極體（light emitting diode；LED）將電能轉換成光能，且提供優於其他光源之許多益處，諸如減小之大小、改善之耐久性、較高之亮度及增加之效率。LED可用作許多顯示系統中之光源，這些顯示系統為諸如電視、電腦監視器、膝上型電腦、平板電腦、智慧型手機、投影系統及可穿戴電子裝置。已開始開發基於III-V族半導體（諸如，AlN、GaN、InN、AlGaInP之合金、其他四級磷組成物及其類似物）之微型LED（「μLED」）以用於各種顯示應用，此歸因於其大小較小（例如，具有小於100 μm、小於50 μm、小於10 μm或小於5 μm之線性尺寸）、裝填密度高（及因此解析度較高）及亮度高。舉例而言，發射不同顏色（例如，紅色、綠色及藍色）之光的微型LED可用以形成諸如電視或近眼顯示系統之顯示系統的子像素。

本發明通常係關於微型發光二極體（微型LED）。更特定言之，本發明係關於具有發光層之高效率微型LED，該發光層形成於半導體材料層中形成之凹坑的半極化刻面（facet）上。根據某些具體實例，LED可包括：n型半導體層，其包括形成於其中之凹坑結構；主動層，其僅生長在凹坑結構之側壁上且配置以發射光；及p型半導體層，其在主動層上且至少部分地在凹坑結構中。凹坑結構之特徵可在於倒金字塔形（或倒截棱錐形）之形狀。在一些具體實例中，倒金字塔形之基底的特徵可在於多邊形之形狀，且多邊形之各邊可在n型半導體層之c平面與m平面的相交處。

在LED之一些具體實例中，凹坑結構之特徵可在於小於約500 nm之最大水平線性尺寸。在一些具體實例中，凹坑結構之側壁與n型半導體層之c平面之間的角度可介於約50°與約75°之間，諸如介於約58°與約66°之間。在一些具體實例中，主動層可包括GaN障壁層及一或多個InGaN量子井層。在一些具體實例中，LED亦可包括在主動層與p型半導體層之間的電子阻擋層。

根據某些具體實例，光源可包括發光二極體（LED）陣列。LED陣列中之各LED可包括：n型半導體層，其包括形成於其中之凹坑結構；主動層，其僅生長在凹坑結構之側壁上且配置以發射光；及p型半導體層，其在主動層上且至少部分地在凹坑結構中。在一些具體實例中，凹坑結構之基底的特徵可在於多邊形之形狀，且多邊形之各邊可在n型半導體層之c平面與m平面的相交處。

在光源之一些具體實例中，凹坑結構之基底的特徵可在於小於約500 nm之最大水平線性尺寸。凹坑結構之側壁與n型半導體層之c平面之間的角度可介於約50°與約75°之間，諸如介於約58°與約66°之間。在一些具體實例中，LED陣列中之各LED亦可包括耦接至LED之p型半導體層的p接點、耦接至p接點之導電鏡及電性耦接至導電鏡及p接點之接合墊。LED陣列中之LED群組的p接點、導電鏡及接合墊可電性連接以形成單一像素。在一些具體實例中，光源亦可包括底板，該底板包括形成於該底板上之驅動電路及金屬接合墊，其中LED陣列中之LED群組的接合墊可電性連接至底板上之金屬接合墊中的同一金屬接合墊。在一些具體實例中，LED陣列中之第一LED群組可配置以發射在第一波長範圍內之可見光，且LED陣列中之第二LED群組可配置以發射在第二波長範圍內之可見光。在一些具體實例中，LED陣列中之第三LED群組可配置以發射在第三波長範圍內之可見光。

根據某些具體實例，一種方法可包含在第一摻雜半導體層中形成多個凹坑結構，使用第一遮罩層僅在凹坑結構之側壁上生長主動層，及在主動層上生長第二摻雜半導體層。主動層可配置以發射光。第二摻雜半導體層可至少部分地在複數個凹坑結構中。

在一些具體實例中，在第一摻雜半導體層中形成複數個凹坑結構可包括在第一摻雜半導體層上形成蝕刻遮罩層，以及使用蝕刻遮罩層蝕刻第一摻雜半導體層以在第一摻雜半導體層中形成凹坑結構。蝕刻遮罩層可包括孔洞陣列。孔洞陣列中之各孔洞的側壁可相對於第一摻雜半導體層之c平面傾斜。孔洞陣列中之各孔洞的特徵可在於圓形或多邊形形狀，其中多邊形形狀之邊可在第一摻雜半導體層之c平面與m平面的相交處。

在一些具體實例中，在第一摻雜半導體層中形成複數個凹坑結構可包括在基板或緩衝層上形成第二遮罩層及使第一摻雜半導體層透過孔洞陣列生長。第二遮罩層可包括孔洞陣列。孔洞陣列中之各孔洞的特徵可在於圓形或多邊形形狀。多邊形形狀的邊可在基板或緩衝層的c平面與m平面之間的相交處。透過孔洞陣列生長之半導體結構的側壁可形成複數個凹坑結構。

此發明內容既不意欲識別所主張主題之關鍵或基本特徵，亦不意欲單獨使用以判定所主張主題之範圍。應參考本發明之整篇說明書之適當部分、任何或所有圖式及各申請專利範圍來理解該主題。下文將在以下說明書、申請專利範圍及隨附圖式中更詳細地描述前述內容連同其他特徵及實例。

本發明通常係關於發光二極體（LED）。更特定言之，且非限制性地，本文中所揭示之技術係關於具有發光層之高效微型LED，這些發光層形成於半導體材料層中形成之凹坑結構的半極化刻面上。本文中描述各種發明具體實例，包括裝置、系統、晶圓、接合晶圓/晶粒堆疊、封裝、方法、過程、材料等。

在半導體LED中，光子係經由主動區（例如，可形成一或多個量子井之一或多個半導體層）內之電子及電洞的複合而產生。LED之內部量子效率（internal quantum efficiency；IQE）係所發射光子之數目與注入主動區中之載子（電子及電洞）之數目之間的比率。可在特定方向上或在特定立體角內自LED提取所產生的光。自LED提取的所發射光子之數目與通過LED的電子之數目之間的比率被稱為外部量子效率（external quantum efficiency；EQE），其描述LED將經注入電子轉化為自LED提取的光子之效率。對於LED，且詳言之，對於具有減小實體尺寸之微型LED，內部及外部量子效率可極低。

LED之量子效率取決於在LED之主動區中發生的競爭性輻射（光產生）複合與非輻射（有損）複合之相對速率。主動區中之非輻射複合過程包括在缺陷位點處的肖克力-瑞德-霍爾（Shockley-Read-Hall；SRH）複合及電子-電子-電洞（electron-electron-hole；eeh）及/或電子-電洞-電洞（electron-hole-hole；ehh）歐傑複合。半導體層中經蝕刻以形成個別LED之台面結構的側壁可歸因於蝕刻而具有高缺陷密度，諸如不飽和鍵、化學污染及結構損害（例如，在經乾式蝕刻時），此可降低LED之內部量子效率。舉例而言，在側壁刻面處，半導體層之原子晶格結構可能突然結束，其中半導體材料之一些原子可能缺乏鍵可附接至的相鄰者。此導致可由未配對價電子表徵的「懸鍵」。此等懸鍵可產生原本不會存在於半導體材料之帶隙內的能階，從而在台面結構之側壁處或附近引起非輻射性電子-電洞複合。因此，此等瑕疵可能成為複合中心，其中電子及電洞可經限制於此處，直至其非輻射性地組合為止。因此，非輻射性複合率在台面側壁處可較高。歐傑複合為涉及三個載子之非輻射過程，其影響所有大小之LED。當電荷載子密度N足夠高時，非輻射性歐傑複合（ N ³）可比輻射性複合（ N ²）以更高速率增加。

對於諸如微型LED之小型LED，由於各微型LED之橫向大小可與少數載子之擴散長度相當，因此總主動區之較大比例可在距缺陷密度及缺陷誘發之非輻射複合速率可能較高的LED側壁表面小於少數載子擴散長度之距離內。因此，較大比例之所注入載子可擴散至側壁表面附近之區域，其中所注入載子可經受較高SRH複合速率。此可使得LED之效率降低（尤其在低電流注入下），使得LED之峰值效率降低，及/或使得峰值效率操作電流增加。增加電流注入以較接近於峰值效率操作可使得微型LED之效率例如由於較高電流密度下之較高eeh或ehh歐傑複合速率而下降。隨著LED之實體大小進一步減小至例如幾微米，因此歸因於包括表面瑕疵的經蝕刻台面側壁附近的表面複合而造成的效率損失可變得更為顯著。

此外，生長於基板或緩衝層之c平面上之LED通常在量子井發光層中具有較大內場。內場可包括極化誘發之（包括應變誘發之壓電極化及自發極化）電場及p-n接面之內建耗散場（depletion field）。內場可促成LED中之量子限制斯塔克效應（quantum-confined Stark effect；QCSE），其常常與當電流注入LED中時之輻射效率降低及發射光譜的藍移相關聯，兩者皆不合乎顯示器應用之需要。因此，藉由在基板之c平面上生長磊晶層及蝕刻磊晶層以形成個別微型LED而形成之小型微型LED可具有低IQE及其他不合需要之效應。

根據某些具體實例，本文所揭示之微型LED像素可包括發光層，這些發光層生長於摻雜半導體層（例如，n摻雜或p摻雜III-V族半導體材料層，諸如n摻雜GaN層）中形成之凹坑結構（例如，金字塔形凹坑）之半極化刻面上。藉由使用具有含傾斜側壁及特定形狀及位向之孔洞的遮罩蝕刻摻雜半導體層，或在基板（或緩衝層）上使摻雜半導體層透過具有小孔洞之遮罩過度生長，凹坑結構可形成於摻雜半導體層中。在一個實例中，摻雜半導體層可包括生長於朝向基板之c平面上之n摻雜GaN層，且可經蝕刻以形成具有相對於c平面以介於約50°與75°之間的角度傾斜，諸如在(11 2) s2平面上以約58°或在(10 1) s5平面上以約62°傾斜之刻面的凹坑結構。因此，各凹坑結構可具有倒金字塔形形狀（或在橫截面圖中呈V形），且凹坑結構之刻面可經半極化定向。一或多個量子井層（例如，未摻雜或非故意摻雜GaN/InGaN層）可磊晶生長於半極化凹坑刻面上，電子阻擋層（electron blocking layer；EBL）可生長於量子井層上，且p摻雜GaN層可生長於EBL層上及/或可填充凹坑結構。因此，微型LED子像素可形成於各凹坑結構中。諸如氧化銦錫（indium tin oxide；ITO）層之P接觸層及/或金屬層可形成於p摻雜GaN層上。微型LED子像素形成於凹坑結構中之經製造微型LED晶圓可藉由接合墊接合至CMOS晶圓。各接合墊可大於微型LED子像素之大小，且因此可將多個微型LED子像素分組成一個微型LED像素。在一些具體實例中，微型LED晶圓之不同區域可經單獨蝕刻及磊晶生長以形成不同材料或不同組成物之發光層以發射不同顏色之光。

因為發光層生長於半極化平面上且在生長之後可能不存在發光層之蝕刻（且因此，不存在具有高缺陷密度之發光層的經蝕刻側壁），所以微型LED像素之內部量子效率可較高。另外，生長於凹坑結構之半極化刻面上的發光層之發光區可大於凹坑結構的側面區域，且因此發光區中可具有較低有效載子密度及較低歐傑複合速率。此外，LED晶圓可包括各自形成於凹坑結構中之微型LED子像素陣列，且無需對準即可接合至CMOS底板以形成各自包括接合至CMOS底板上之同一接合墊之多個微型LED子像素的微型LED像素陣列。因此，接合過程可相對容易且更可靠。此外，在可能形成堆疊錯誤前，在特定半極化刻面上生長發光層可更可靠地在InGaN層中併入更多銦，以使得具有較高銦濃度（且因此較低帶隙）之高品質（例如，低應變及低缺陷密度）之InGaN層可在凹坑結構之半極化刻面上生長，藉此增加由LED發射之光的波長（例如，自藍光變至綠光及/或紅光）。因此，可藉由本文所揭示之微型LED像素達成所發射光之波長的較大紅移及高量子效率。

本文中所描述之微型LED可結合諸如人工實境系統之各種技術使用。諸如頭戴式顯示器（HMD）或抬頭顯示器（HUD）系統之人工實境系統通常包括經組配以呈現描繪虛擬環境中之物件之人工影像的顯示器。顯示器可呈現虛擬物件或將真實物件之影像與虛擬物件組合，如在虛擬實境（VR）、擴增實境（AR）或混合實境（MR）應用中。舉例而言，在AR系統中，使用者可藉由例如透視透明顯示眼鏡或透鏡（常常被稱作光學透視）或觀看由攝影機擷取的周圍環境之所顯示影像（常常被稱作視訊透視）來觀看虛擬物件之所顯示影像（例如，電腦產生之影像（computer-generated image；CGI））及周圍環境之所顯示影像兩者。在一些AR系統中，可使用基於LED之顯示子系統將人工影像呈現給使用者。

如本文中所使用，術語「發光二極體（LED）」係指至少包括n型半導體層、p型半導體層及n型半導體層與p型半導體層之間的發光區（亦即，主動區）之光源。發光區可包括形成一或多個諸如量子井之異質結構的一或多個半導體層。在一些具體實例中，發光區可包括形成一或多個多重量子井（multiple-quantum-well；MQW）之多個半導體層，該一或多個多重量子井各自包括多個（例如，約2至6個）量子井。

如本文中所使用，術語「微型LED」或「μLED」係指具有晶片之LED，其中晶片之線性尺寸小於約200 µm，諸如小於100 µm、小於50 µm、小於20 µm、小於10 µm或更小。舉例而言，微型LED之線性尺寸可小至6 μm、5 μm、4 μm、2 μm或更小。一些微型LED可具有與少數載子擴散長度相當的線性尺寸（例如，長度或直徑）。然而，本文中之揭示內容不限於微型LED，且亦可應用於小型LED及大型LED。如本文中所使用，微型LED像素可指用於影像顯示之獨立受控像素，且可包括共用同一陽極及同一陰極之多個發光結構（被稱作子像素）。

如本文中所使用，術語「LED陣列前驅物」係指針對各LED而不具有相對電接點及/或相關聯驅動器電路系統使得可將驅動電壓或電流施加至LED以使LED發射光的LED晶粒或晶圓。例如，LED陣列前驅物可為具有可或可不包括發光區之磊晶層堆疊的晶圓或晶粒、具有形成於磊晶層堆疊中之台面結構的晶圓或晶粒、具有LED陣列及形成於其上之金屬接點但無驅動器電路系統之晶圓或晶粒等。因此，LED晶粒或晶圓為可在執行諸如以下各者之後續處理步驟之後形成的單體LED陣列之前驅物：形成台面結構；形成金屬電極；接合至電底板；移除基板；形成光提取結構等等。

如本文中所使用，術語「接合」可指用於實體及/或電性連接兩個或更多個裝置及/或晶圓之各種方法，諸如黏著接合、金屬至金屬接合、金屬氧化物接合、晶圓至晶圓接合、晶粒至晶圓接合、混合接合、焊接、凸塊下金屬化及其類似者。舉例而言，黏著接合可使用可固化黏合劑（例如，環氧樹脂）以藉由黏著來實體地接合兩個或更多個裝置及/或晶圓。金屬至金屬接合可包括例如在金屬之間使用焊接介面（例如，墊或球）、導電黏著劑或焊接接頭之線接合或倒裝晶片接合。金屬氧化物接合可在各表面上形成金屬及氧化物圖案，將氧化物區段接合在一起，且接著將金屬區段接合在一起以產生導電路徑。晶圓至晶圓接合可接合兩個晶圓（例如，矽晶圓或其他半導體晶圓）而無任何中間層，且係基於兩個晶圓之表面之間的化學鍵。晶圓至晶圓接合可包括晶圓清潔及其他預處理、室溫下之對準及預接合，以及諸如約250℃或更高之高溫下之退火。晶粒至晶圓接合可使用一個晶圓上之凸塊以將預成型晶片之特徵與晶圓之驅動器對準。混合接合可包括：例如晶圓清潔；一個晶圓之接點與另一晶圓之接點的高精確度對準；晶圓內之介電材料在室溫下的介電接合；及藉由在例如250℃至300℃或更高溫度下退火而進行的接點之金屬接合。如本文中所使用，術語「凸塊」通常可指在接合期間使用或形成之金屬互連件。

在以下描述中，出於解釋之目的，闡述特定細節以便提供對本發明之實例的透徹理解。然而，將顯而易見的，可在無此等特定細節之情況下實踐各種實例。舉例而言，裝置、系統、結構、組裝件、方法及其他組件可以方塊圖形式展示為組件，以免以不必要的細節混淆實例。在其他情況下，可在無必要細節之情況下展示熟知的裝置、過程、系統、結構及技術，以免混淆實例。圖式及描述並不意欲為限定性的。已用於本發明中之術語及表述用作描述之術語且不為限制性的，且在使用此類術語及表述時不欲排除所展示及描述之特徵的任何等效者或其部分。字組｢實例｣在本文中用以意謂｢充當實例、例項或圖示｣。不必將本文中描述為「實例」之任何具體實例或設計理解為比其他具體實例或設計較佳或優於其他具體實例或設計。

圖1係根據某些具體實例之包括近眼顯示器120之人工實境系統環境100之實例的簡化方塊圖。圖1中所示之人工實境系統環境100可包括近眼顯示器120、視情況選用之外部成像裝置150及視情況選用之輸入/輸出介面140，其各者可耦接至視情況選用之控制台110。雖然圖1展示包括一個近眼顯示器120、一個外部成像裝置150及一個輸入/輸出介面140之人工實境系統環境100的實例，但可在人工實境系統環境100中包括任何數目個此等組件，或可省略這些組件中之任一者。舉例而言，可存在多個近眼顯示器120，其可由與控制台110通信之一或多個外部成像裝置150監測。在一些配置中，人工實境系統環境100可不包括外部成像裝置150、視情況選用之輸入/輸出介面140及視情況選用之控制台110。在替代性配置中，不同或額外組件可包括於人工實境系統環境100中。

近眼顯示器120可為向使用者呈現內容之頭戴式顯示器。由近眼顯示器120呈現之內容的實例包括影像、視訊、音訊或其任何組合中之一或多者。在一些具體實例中，音訊可經由外部裝置（例如，揚聲器及/或頭戴式耳機）呈現，該外部裝置自近眼顯示器120、控制台110或此兩者接收音訊資訊，且基於該音訊資訊呈現音訊資料。近眼顯示器120可包括一或多個剛性主體，該一或多個剛性主體可剛性或非剛性地彼此耦接。剛性主體之間的剛性耦接可使得經耦接之剛性主體充當單一剛性實體。剛性主體之間的非剛性耦接可允許剛性主體相對於彼此移動。在各種具體實例中，近眼顯示器120可以任何合適的外觀尺寸實施，包括一副眼鏡。下文關於圖2及圖3進一步描述近眼顯示器120之一些具體實例。另外，在各種具體實例中，本文中所描述之功能性可用於將在近眼顯示器120外部之環境的影像與人工實境內容（例如，電腦產生之影像）組合的頭戴裝置中。因此，近眼顯示器120可利用所產生之內容（例如，影像、視訊、聲音等）擴增在近眼顯示器120外部之實體真實世界環境的影像，以將擴增實境呈現給使用者。

在各種具體實例中，近眼顯示器120可包括顯示電子件122、顯示光學件124及眼動追蹤單元130。在一些具體實例中，近眼顯示器120亦可包括一或多個定位器126、一或多個位置感測器128及慣性量測單元（inertial measurement unit；IMU）132。在各種具體實例中，近眼顯示器120可省略眼動追蹤單元130、定位器126、位置感測器128及IMU 132中之任一者，或包括額外元件。另外，在一些具體實例中，近眼顯示器120可包括組合關於圖1所描述之各種元件之功能的元件。

顯示電子件122可根據自例如控制台110接收到之資料而向使用者顯示影像或促成向使用者顯示影像。在各種具體實例中，顯示電子件122可包括一或多個顯示面板，諸如液晶顯示器（liquid crystal display；LCD）、有機發光二極體（organic light emitting diode；OLED）顯示器、無機發光二極體（inorganic light emitting diode；ILED）顯示器、微型發光二極體（micro light emitting diode；μLED）顯示器、主動矩陣OLED顯示器（active-matrix OLED display；AMOLED）、透明OLED顯示器（transparent OLED display；TOLED）或某一其他顯示器。舉例而言，在近眼顯示器120之一個實施方式中，顯示電子件122可包括前TOLED面板、後顯示面板及在前顯示面板與後顯示面板之間的光學組件（例如，衰減器、極化器或繞射或光譜膜）。顯示電子件122可包括用以發射諸如紅色、綠色、藍色、白色或黃色之主要顏色之光的像素。在一些實施方式中，顯示電子件122可藉由二維面板產生之立體效果顯示三維（3D）影像以產生影像深度之主觀感知。例如，顯示電子件122可包括分別定位於使用者之左眼及右眼前方的左側顯示器及右側顯示器。左側顯示器及右側顯示器可呈現相對於彼此水平地移位之影像的複本，以產生立體效應（亦即，觀看影像之使用者對影像深度的感知）。

在某些具體實例中，顯示光學件124可以光學方式顯示影像內容（例如，使用光波導及耦合器），或放大自顯示電子件122接收到之影像光，校正與影像光相關聯之光學誤差，且向近眼顯示器120之使用者呈現經校正之影像光。在各種具體實例中，顯示光學件124可包括一或多個光學元件，諸如基板、光波導、光圈（aperture）、菲涅爾透鏡、凸透鏡、凹透鏡、濾光器、輸入/輸出耦合器，或可能影響自顯示電子件122發射之影像光的任何其他合適的光學元件。顯示光學件124可包括不同光學元件之組合，以及用以維持組合中之光學元件之相對間隔及位向的機械耦接件。顯示光學件124中之一或多個光學元件可具有光學塗層，諸如抗反射塗層、反射塗層、濾光塗層或不同光學塗層之組合。

藉由顯示光學件124對影像光進行之放大可允許相比較大顯示器，顯示電子件122在實體上較小、重量較輕且消耗較少功率。另外，放大可增加所顯示內容之視場。顯示光學件124對影像光之放大的量可藉由調整、添加光學元件或自顯示光學件124移除光學元件來改變。在一些具體實例中，顯示光學件124可將經顯示影像投影至可比近眼顯示器120更遠離使用者眼睛之一或多個影像平面。

顯示光學件124亦可經設計以校正一或多種類型之光學誤差，諸如二維光學誤差、三維光學誤差或其任何組合。二維誤差可包括在兩個維度中出現之光學像差。二維誤差之實例類型可包括桶形失真、枕形失真、縱向色像差及橫向色像差。三維誤差可包括在三維中出現之光學誤差。三維誤差之實例類型可包括球面像差、慧形像差、像場彎曲及像散。

定位器126可為相對於彼此且相對於近眼顯示器120上之參考點而定位於近眼顯示器120上之特定位置中的物件。在一些實施方式中，控制台110可在由外部成像裝置150擷取之影像中識別定位器126，以判定人工實境頭戴裝置之位置、位向或此兩者。定位器126可為LED、角隅反射器、反射標記、與近眼顯示器120操作所處之環境形成對比的一種類型之光源，或其任何組合。在定位器126為主動組件（例如，LED或其他類型之發光裝置）之具體實例中，定位器126可發射在可見光頻帶（例如，約380 nm至750 nm）中、紅外（IR）頻帶（例如，約750 nm至1 mm）中、紫外頻帶（例如，約10 nm至約380 nm）中、電磁波譜之另一部分中或電磁波譜之部分之任何組合中的光。

外部成像裝置150可包括一或多個攝影機、一或多個視訊攝影機、能夠擷取包括定位器126中之一或多者之影像的任何其他裝置，或其任何組合。另外，外部成像裝置150可包括一或多個濾光器（例如，以增大信雜比）。外部成像裝置150可配置以偵測外部成像裝置150之視場中自定位器126發射或反射之光。在定位器126包括被動元件（例如，復歸反射器）之具體實例中，外部成像裝置150可包括照射定位器126中之一些或全部的光源，這些定位器可將光逆向反射至外部成像裝置150中之光源。慢速校準資料可自外部成像裝置150傳達至控制台110，且外部成像裝置150可自控制台110接收一或多個校準參數以調整一或多個成像參數（例如，焦距、焦點、幀率、感測器溫度、快門速度、孔徑等）。

位置感測器128可回應於近眼顯示器120之運動而生成一或多個量測信號。位置感測器128之實例可包括加速計、陀螺儀、磁力計、其他運動偵測或誤差校正感測器，或其任何組合。舉例而言，在一些具體實例中，位置感測器128可包括用以量測平動（例如，向前/後、上/下或左/右）之多個加速計及用以量測旋轉運動（例如，俯仰、橫偏或橫搖）之多個陀螺儀。在一些具體實例中，各種位置感測器可彼此正交地定向。

IMU 132可為基於自位置感測器128中之一或多者接收到之量測信號而產生快速校準資料的電子裝置。位置感測器128可位於IMU 132外部、IMU 132內部或其任何組合。基於來自一或多個位置感測器128之一或多個量測信號，IMU 132可產生快速校準資料，該快速校準資料指示相對於近眼顯示器120之初始位置的近眼顯示器120之估計位置。舉例而言，IMU 132可隨時間推移對自加速計接收到之量測信號進行積分以估計速度向量，且隨時間推移對速度向量進行積分以判定近眼顯示器120上之參考點的估計位置。替代地，IMU 132可將經取樣之量測信號提供至控制台110，該控制台可判定快速校準資料。雖然參考點通常可界定為空間中之一點，但在各種具體實例中，參考點亦可界定為近眼顯示器120內之一點（例如，IMU 132之中心）。

眼動追蹤單元130可包括一或多個眼動追蹤系統。眼動追蹤可指判定眼睛相對於近眼顯示器120之位置，包括眼睛之位向及方位。眼動追蹤系統可包括成像系統以對一或多個眼睛進行成像，且可視情況包括光發射器，該光發射器可產生導向眼睛之光，使得由眼睛反射之光可由成像系統擷取。舉例而言，眼動追蹤單元130可包括發射在可見光譜或紅外線光譜中之光的非相干或相干光源（例如，雷射二極體），及擷取由使用者眼睛反射之光的攝影機。作為另一實例，眼動追蹤單元130可擷取由微型雷達單元發射之經反射無線電波。眼動追蹤單元130可使用低功率光發射器，這些低功率光發射器以不會損傷眼睛或引起身體不適之頻率及強度發射光。眼動追蹤單元130可配置以增大由眼動追蹤單元130擷取之眼睛影像中的對比度，同時減小由眼動追蹤單元130消耗之總功率（例如，減小由包括於眼動追蹤單元130中之光發射器及成像系統消耗的功率）。舉例而言，在一些實施方式中，眼動追蹤單元130消耗之功率可小於100毫瓦。

近眼顯示器120可使用眼睛之位向來例如判定使用者之瞳孔間距離（inter-pupillary distance；IPD）、判定凝視方向、引入深度線索（例如，使用者主視線外部之模糊影像）、收集關於VR媒體中之使用者互動的啟發資訊（例如，隨所曝露刺激而變的花費在任何特定對象、物件或幀上的時間）、部分地基於使用者眼睛中之至少一者的位向之某一其他功能或其任何組合。因為可判定使用者之兩隻眼睛的位向，所以眼動追蹤單元130可能夠判定使用者看向何處。舉例而言，判定使用者之凝視方向可包括基於所判定之使用者左眼及右眼的位向來判定會聚點。會聚點可為使用者的眼睛之兩個中央窩軸線相交的點。使用者之凝視方向可為穿過會聚點及在使用者眼睛之瞳孔之間的中點之線之方向。

輸入/輸出介面140可為允許使用者將動作請求發送至控制台110之裝置。動作請求可為進行特定動作之請求。舉例而言，動作請求可為開始或結束應用程式或執行該應用程式內之特定動作。輸入/輸出介面140可包括一或多個輸入裝置。實例輸入裝置可包括鍵盤、滑鼠、遊戲控制器、手套、按鈕、觸控螢幕，或用於接收動作請求且將所接收動作請求傳達至控制台110的任何其他合適裝置。可將由輸入/輸出介面140接收之動作請求傳達至可執行對應於所請求動作之動作的控制台110。在一些具體實例中，輸入/輸出介面140可根據自控制台110接收到之指令將觸覺回饋提供至使用者。舉例而言，輸入/輸出介面140可在接收到動作請求時或在控制台110已執行所請求動作且將指令傳達至輸入/輸出介面140時提供觸覺回饋。在一些具體實例中，外部成像裝置150可用以追蹤輸入/輸出介面140，諸如追蹤控制器（其可包括例如IR光源）或使用者之手部的方位或位置以判定使用者之運動。在一些具體實例中，近眼顯示器120可包括一或多個成像裝置以追蹤輸入/輸出介面140，諸如追蹤控制器或使用者之手部的方位或位置以判定使用者之運動。

控制台110可根據自外部成像器件150、近眼顯示器120及輸入/輸出介面140中之一或多者接收到的資訊而將內容提供至近眼顯示器120以供呈現給使用者。在圖1中所展示之實例中，控制台110可包括應用程式商店112、頭戴裝置追蹤模組114、人工實境引擎116及眼動追蹤模組118。控制台110之一些具體實例可包括與結合圖1所描述之彼等模組不同或額外的模組。下文進一步所描述的功能可以與此處所描述之方式不同的方式分佈於控制台110之組件當中。

在一些具體實例中，控制台110可包括處理器及儲存可由該處理器執行之指令的非暫時性電腦可讀取儲存媒體。處理器可包括並行地執行指令之多個處理單元。非暫時性電腦可讀取儲存媒體可為諸如硬碟驅動機、抽取式記憶體或固態驅動器（例如快閃記憶體或動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory；DRAM））之任何記憶體。在各種具體實例中，結合圖1所描述之控制台110之模組可經編碼為非暫時性電腦可讀取儲存媒體中之指令，這些指令在由處理器執行時使得處理器執行下文進一步所描述之功能。

應用程式商店112可儲存一或多個應用程式以供控制台110執行。應用程式可包括在由處理器執行時產生內容以供呈現給使用者之指令群組。由應用程式產生之內容可回應於經由使用者的眼睛之移動而自使用者接收到之輸入，或自輸入/輸出介面140接收到之輸入。應用程式之實例可包括遊戲應用程式、會議應用程式、視訊播放應用程式或其他合適的應用程式。

頭戴裝置追蹤模組114可使用來自外部成像裝置150之慢速校準資訊來追蹤近眼顯示器120之移動。舉例而言，頭戴裝置追蹤模組114可使用來自慢速校準資訊之觀測到的定位器及近眼顯示器120之模型來判定近眼顯示器120之參考點的位置。頭戴裝置追蹤模組114亦可使用來自快速校準資訊之位置資訊來判定近眼顯示器120之參考點的位置。另外，在一些具體實例中，頭戴裝置追蹤模組114可使用快速校準資訊、慢速校準資訊或其任何組合之部分來預測近眼顯示器120之未來方位。頭戴裝置追蹤模組114可將近眼顯示器120之估計或預測未來位置提供至人工實境引擎116。

人工實境引擎116可執行人工實境系統環境100內之應用程式，且自頭戴裝置追蹤模組114接收近眼顯示器120之位置資訊、近眼顯示器120之加速度資訊、近眼顯示器120之速度資訊、近眼顯示器120之經預測未來位置，或其任何組合。人工實境引擎116亦可自眼動追蹤模組118接收所估計之眼睛位置及位向資訊。基於所接收資訊，人工實境引擎116可確定用以提供至近眼顯示器120以呈現給使用者的內容。舉例而言，若所接收資訊指示使用者已向左看，則人工實境引擎116可產生用於近眼顯示器120之內容，該內容反映虛擬環境中之使用者之眼動。另外，人工實境引擎116可回應於自輸入/輸出介面140接收到之動作請求而執行在控制台110上執行之應用程式內的動作，且將指示該動作已執行之回饋提供至使用者。回饋可為經由近眼顯示器120之視覺或聽覺回饋，或經由輸入/輸出介面140之觸覺回饋。

眼動追蹤模組118可自眼動追蹤單元130接收眼動追蹤資料，且基於該眼動追蹤資料來判定使用者眼睛之位置。眼睛之位置可包括眼睛相對於近眼顯示器120或其任何元件之位向、方位或此兩者。因為眼睛之旋轉軸線依據眼睛在其眼窩中之方位而改變，所以判定眼睛在其眼窩中之方位可允許眼睛追蹤模組118更準確地判定眼睛之位向。

圖2係呈用於實施本文中所揭示之一些實例的HMD裝置200之形式的近眼顯示器之實例的透視圖。HMD裝置200可為例如VR系統、AR系統、MR系統或其任何組合之一部分。HMD裝置200可包括主體220及頭部綁帶230。圖2在透視圖中展示主體220之底側223、前側225及左側227。頭部綁帶230可具有可調節或可延伸的長度。在HMD裝置200之主體220與頭部綁帶230之間可存在足夠的空間，以允許使用者將HMD裝置200安裝至使用者頭部上。在各種具體實例中，HMD裝置200可包括額外、較少或不同組件。舉例而言，在一些具體實例中，HMD裝置200可包括如例如下圖3中所展示之眼鏡鏡腿及鏡腿尖端，而非頭部綁帶230。

HMD裝置200可將包括具有電腦產生之元素的實體真實世界環境之虛擬及/或擴增視圖的媒體呈現給使用者。由HMD裝置200呈現之媒體的實例可包括影像（例如，二維（two-dimensional；2D）或三維（three-dimensional；3D）影像）、視訊（例如，2D或3D視訊）、音訊或其任何組合。影像及視訊可由圍封於HMD裝置200之主體220中的一或多個顯示器組裝件（圖2中未示）呈現給使用者之每隻眼睛。在各種具體實例中，一或多個顯示器組裝件可包括單一電子顯示面板或多個電子顯示面板（例如，使用者之每隻眼睛都有一個顯示面板）。電子顯示面板之實例可包括例如LCD、OLED顯示器、ILED顯示器、μLED顯示器、AMOLED、TOLED、某一其他顯示器或其任何組合。HMD裝置200可包括兩個眼動區域（eye box region）。

在一些實施方式中，HMD裝置200可包括各種感測器（圖中未示），諸如深度感測器、運動感測器、位置感測器及眼動追蹤感測器。此等感測器中之一些可使用結構化光圖案以進行感測。在一些實施方式中，HMD裝置200可包括用於與控制台通信之輸入/輸出介面。在一些實施方式中，HMD裝置200可包括虛擬實境引擎（圖中未示），該虛擬實境引擎可執行HMD裝置200內之應用程式，且自各種感測器接收HMD裝置200之深度資訊、位置資訊、加速度資訊、速度資訊、預測未來位置或其任何組合。在一些實施方式中，由虛擬實境引擎接收之資訊可用於產生信號（例如，顯示指令）至一或多個顯示器組裝件。在一些實施方式中，HMD裝置200可包括相對於彼此且相對於參考點位於主體220上之固定位置中的定位器（圖中未示，諸如定位器126）。定位器中之各者可發射可由外部成像裝置偵測之光。

圖3係呈用於實施本文中所揭示之一些實例的一副眼鏡之形式的近眼顯示器300之實例的透視圖。近眼顯示器300可為圖1之近眼顯示器120的特定實施方式，且可配置以作為虛擬實境顯示器、擴增實境顯示器及/或混合實境顯示器操作。近眼顯示器300可包括框架305及顯示器310。顯示器310可配置以將內容呈現給使用者。在一些具體實例中，顯示器310可包括顯示電子件及/或顯示光學件。舉例而言，如上文關於圖1之近眼顯示器120所描述，顯示器310可包括LCD顯示面板、LED顯示面板或光學顯示面板（例如，波導顯示器組裝件）。

近眼顯示器300可進一步包括在框架305上或內之各種感測器350a、350b、350c、350d及350e。在一些具體實例中，感測器350a至350e可包括一或多個深度感測器、運動感測器、位置感測器、慣性感測器或環境光感測器。在一些具體實例中，感測器350a至350e可包括一或多個影像感測器，該一或多個影像感測器配置以產生表示不同方向上之不同視場的影像資料。在一些具體實例中，感測器350a至350e可用作輸入裝置以控制或影響近眼顯示器300之所顯示內容，及/或向近眼顯示器300之使用者提供互動式VR/AR/MR體驗。在一些具體實例中，感測器350a至350e亦可用於立體成像。

在一些具體實例中，近眼顯示器300可進一步包括一或多個照明器330以將光投影至實體環境中。所投影光可與不同頻帶（例如，可見光、紅外光、紫外光等）相關聯，且可用於各種目的。舉例而言，照明器330可將光投影於黑暗環境中（或具有低強度之紅外光、紫外光等的環境中），以輔助感測器350a至350e擷取黑暗環境內之不同物件的影像。在一些具體實例中，照明器330可用於將某些光圖案投影至環境內之物件上。在一些具體實例中，照明器330可用作定位器，諸如上文關於圖1所描述之定位器126。

在一些具體實例中，近眼顯示器300亦可包括高解析度攝影機340。攝影機340可擷取視場中之實體環境的影像。所擷取影像可例如由虛擬實境引擎（例如，圖1之人工實境引擎116）處理，以將虛擬物件添加至所擷取影像或修改所擷取影像中之實體物件，且經處理影像可由顯示器310顯示給使用者以用於AR或MR應用。

圖4繪示根據某些具體實例之包括波導顯示器之光學透視擴增實境系統400的實例。擴增實境系統400可包括投影機410及組合器415。投影機410可包括光源或像源412及投影機光學件414。在一些具體實例中，光源或像源412可包括上文所描述之一或多個微型LED裝置。在一些具體實例中，像源412可包括顯示虛擬物件之複數個像素，諸如LCD顯示面板或LED顯示面板。在一些具體實例中，像源412可包括產生相干或部分相干光之光源。舉例而言，像源412可包括上文所描述之雷射二極體、垂直共振腔面射型雷射、LED及/或微型LED。在一些具體實例中，像源412可包括各自發射對應於原色（例如，紅色、綠色或藍色）之單色影像光的複數個光源（例如，上文所描述之微型LED陣列）。在一些具體實例中，像源412可包括微型LED之三個二維陣列，其中微型LED之各二維陣列可包括配置以發射原色（例如，紅色、綠色或藍色）之光的微型LED。在一些具體實例中，像源412可包括光學圖案產生器，諸如空間光調變器。投影機光學件414可包括可調節來自像源412之光，諸如擴展、準直、掃描或將光自像源412投影至組合器415的一或多個光學組件。該一或多個光學組件可包括例如一或多個透鏡、液體透鏡、鏡面、光圈及/或光柵。舉例而言，在一些具體實例中，像源412可包括一或多個一維微型LED陣列或細長二維微型LED陣列，且投影機光學件414可包括配置以掃描一維微型LED陣列或細長二維微型LED陣列以產生影像幀之一或多個一維掃描器（例如，微鏡或稜鏡）。在一些具體實例中，投影機光學件414可包括具有複數個電極之液體透鏡（例如，液晶透鏡），該液體透鏡允許掃描來自像源412之光。

組合器415可包括用於將來自投影機410之光耦合至組合器415之基板420中的輸入耦合器430。組合器415可透射第一波長範圍內之光的至少50%且反射第二波長範圍內之光的至少25%。舉例而言，第一波長範圍可為自約400 nm至約650 nm之可見光，且第二波長範圍可在例如自約800 nm至約1000 nm之紅外線波段內。輸入耦合器430可包括體積全像光柵、繞射光學元件（diffractive optical element；DOE）（例如，表面起伏光柵）、基板420之傾斜表面或折射耦合器（例如，楔形件或稜鏡）。舉例而言，輸入耦合器430可包括反射式體積布拉格全像光柵或透射式體積布拉格全像光柵。對於可見光，輸入耦合器430可具有大於30%、50%、75%、90%或更高之耦合效率。耦合至基板420中之光可藉由例如全內反射（total internal reflection；TIR）在基板420內傳播。基板420可呈一副眼鏡之透鏡的形式。基板420可具有平坦或彎曲表面，且可包括一或多種類型之介電材料，諸如玻璃、石英、塑膠、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)（PMMA）、晶體或陶瓷。基板之厚度可在例如小於約1 mm至約10 mm或更大之範圍內。基板420對於可見光可為透明的。

基板420可包括或可耦接至複數個輸出耦合器440，該複數個輸出耦合器各自配置以自基板420提取由基板420導引且在其內傳播的光之至少一部分，且將所提取光460引導至擴增實境系統400之使用者的眼睛490在擴增實境系統400在使用中時可位於的眼動區（eyebox）495。複數個輸出耦合器440可複製出射光瞳以增大眼動區495之大小，使得所顯示影像在較大區域中可見。如輸入耦合器430，輸出耦合器440可包括光柵耦合器（例如，立體全像光柵或表面起伏光柵）、其他繞射光學元件（DOE）、稜鏡等。舉例而言，輸出耦合器440可包括反射式體積布拉格全像光柵或透射式體積布拉格全像光柵。輸出耦合器440可在不同方位處具有不同的耦合（例如，繞射）效率。基板420亦可允許來自組合器415前方之環境的光450在損耗極少或無損耗之情況下穿過。輸出耦合器440亦可允許光450在損耗極少之情況下穿過。舉例而言，在一些實施中，輸出耦合器440對光450可具有低繞射效率，使得光450可在損耗極少之情況下折射或以其他方式穿過輸出耦合器440，且因此可具有高於所提取光460之強度。在一些實施方式中，輸出耦合器440對光450可具有高繞射效率，且可在損耗極少之情況下在某些所要方向（亦即，繞射角）上繞射光450。結果，使用者可能夠檢視組合器415前方之環境與由投影機410投影之虛擬物件之影像的組合影像。

圖5A繪示根據某些具體實例之包括波導顯示器530之近眼顯示器（near-eye display；NED）裝置500的實例。NED裝置500可為近眼顯示器120、擴增實境系統400或另一類型之顯示裝置的實例。NED裝置500可包括光源510、投影光學件520及波導顯示器530。光源510可包括多組不同顏色之光發射器，諸如一組紅光發射器512、一組綠光發射器514及一組藍光發射器516。紅光發射器512經組織成陣列；綠光發射器514經組織成陣列；且藍光發射器516經組織成陣列。光源510中之光發射器之尺寸及間距可能較小。舉例而言，各光發射器之直徑可小於2 μm（例如，約1.2 μm），且間距可小於2 μm（例如，約1.5 μm）。因而，各紅光發射器512、綠光發射器514及藍光發射器516中之光發射器的數目可等於或大於顯示影像中之像素的數目，諸如960×720、1280×720、1440×1080、1920×1080、2160×1080或2560×1080像素。因此，顯示影像可由光源510同時產生。掃描元件可不用於NED裝置500中。

在到達波導顯示器530之前，由光源510發射之光可由可包括透鏡陣列之投影光學件520調節。投影光學件520可準直由光源510發射之光或將該光聚焦於波導顯示器530，該波導顯示器可包括用於將由光源510發射之光耦合至波導顯示器530中的耦合器532。耦合至波導顯示器530中之光可通過例如如上文關於圖4所描述之全內反射在波導顯示器530內傳播。耦合器532亦可將在波導顯示器530內傳播之光的部分耦合出波導顯示器530且導向使用者之眼睛590。

圖5B繪示根據某些具體實例之包括波導顯示器580之近眼顯示器（NED）裝置550的實例。在一些具體實例中，NED裝置550可使用掃描鏡面570將光自光源540投影至使用者之眼睛590可位於其中的影像場。NED裝置550可為近眼顯示器120、擴增實境系統400或另一類型之顯示裝置的實例。光源540可包括一或多列或一或多行不同顏色之光發射器，諸如多列紅光發射器542、多列綠光發射器544及多列藍光發射器546。舉例而言，紅光發射器542、綠光發射器544及藍光發射器546可各自包括N列，各列包括例如2560個光發射器（像素）。紅光發射器542經組織成陣列；綠光發射器544經組織成陣列；且藍光發射器546經組織成陣列。在一些具體實例中，光源540可包括用於各顏色之單線光發射器。在一些具體實例中，光源540可包括用於紅色、綠色及藍色中之各者的多行光發射器，其中各行可包括例如1080個光發射器。在一些具體實例中，光源540中之光發射器之尺寸及/或間距可相對較大（例如，約3 μm至5 μm），且因此光源540可不包括用於同時產生完整顯示影像之充足光發射器。舉例而言，單色之光發射器的數目可少於顯示影像中之像素之數目（例如，2560×1080個像素）。由光源540發射之光可為一組準直或發散光束。

在到達掃描鏡面570之前，由光源540發射之光可由諸如準直透鏡或自由形式光學元件560之各種光學裝置調節。自由形式光學元件560可包括例如多刻面稜鏡或另一光摺疊元件，該多刻面稜鏡或另一光摺疊元件可將由光源540發射之光導向掃描鏡面570，諸如使由光源540發射之光之傳播方向改變例如約90°或更大。在一些具體實例中，自由形式光學元件560可為可旋轉的以使光進行掃描。掃描鏡面570及/或自由形式光學元件560可將由光源540發射之光反射並投影至波導顯示器580，該波導顯示器可包括用於將由光源540發射之光耦合至波導顯示器580中之耦合器582。耦合至波導顯示器580中之光可通過例如如上文關於圖4所描述之全內反射在波導顯示器580內傳播。耦合器582亦可將在波導顯示器580內傳播之光的部分耦合出波導顯示器580且導向使用者之眼睛590。

掃描鏡面570可包括微機電系統（microelectromechanical system；MEMS）鏡面或任何其他合適鏡面。掃描鏡面570可旋轉以在一或兩個維度上進行掃描。在掃描鏡面570旋轉時，由光源540發射之光可經引導至波導顯示器580之不同區域，使得完整顯示影像可在各掃描循環中投影至波導顯示器580上且由波導顯示器580引導至使用者之眼睛590。舉例而言，在光源540包括一或多個列或行中之所有像素之光發射器的具體實例中，掃描鏡面570可在行或列方向（例如，x或y方向）上旋轉以掃描影像。在光源540包括一或多個列或行中之一些但非所有像素之光發射器的具體實例中，掃描鏡面570可在列及行方向兩者（例如，x及y方向兩者）上旋轉以投影顯示影像（例如，使用光柵型掃描圖案）。

NED裝置550可在預定義顯示週期中操作。顯示週期（例如，顯示循環）可指掃描或投影全影像之持續時間。舉例而言，顯示週期可為所要幀率之倒數。在包括掃描鏡面570之NED裝置550中，顯示週期亦可被稱作掃描週期或掃描循環。由光源540產生之光產生可與掃描鏡面570之旋轉同步。舉例而言，各掃描循環可包括多個掃描步驟，其中光源540可在各個別掃描步驟中產生不同光圖案。

在各掃描循環中，在掃描鏡面570旋轉時，顯示影像可經投影至波導顯示器580及使用者之眼睛590上。顯示影像之給定像素方位之實際色彩值及光強度（例如，亮度）可為在掃描週期期間照明該像素方位之三種顏色（例如，紅色、綠色及藍色）之光束的平均值。在完成掃描週期之後，掃描鏡面570可回復至初始位置以投影下一顯示影像之前幾列的光，或可在反方向上或以掃描圖案旋轉以投影下一顯示影像之光，其中新的一組驅動信號可被饋送至光源540。在掃描鏡面570在各掃描循環中旋轉時，可重複相同過程。因而，可在不同掃描循環中將不同影像投影至使用者之眼睛590。

圖6繪示根據某些具體實例之近眼顯示器系統600中之像源組裝件610的實例。像源組裝件610可包括例如可產生將投影至使用者之眼睛之顯示影像的顯示面板640，及可將由顯示面板640產生之顯示影像投影至如上文關於圖4至圖5B所描述之波導顯示器的投影機650。顯示面板640可包括光源642及用於光源642之驅動器電路644。光源642可包括例如光源510或540。投影機650可包括例如上文所描述之自由形式光學元件560、掃描鏡面570及/或投影光學件520。近眼顯示器系統600亦可包括同步地控制光源642及投影機650（例如，掃描鏡面570）之控制器620。像源組裝件610可產生影像光並將其輸出至波導顯示器（圖6中未示），諸如波導顯示器530或580。如上文所描述，波導顯示器可在一或多個輸入耦合元件處接收影像光，且將所接收影像光導向至一或多個輸出耦合元件。輸入及輸出耦合元件可包括例如繞射光柵、全像光柵、稜鏡或其任何組合。輸入耦合元件可經選擇以使得利用波導顯示器發生全內反射。輸出耦合元件可將全體經全內反射之影像光之部分耦合出波導顯示器。

如上文所描述，光源642可包括佈置成陣列或矩陣之複數個光發射器。各光發射器可發射單色光，諸如紅光、藍光、綠光、紅外光及其類似者。儘管在本發明中常常論述RGB顏色，但本文中所描述之具體實例不限於將紅色、綠色及藍色用作原色。其他顏色亦可用作近眼顯示器系統600之原色。在一些具體實例中，根據具體實例之顯示面板可使用多於三原色。光源642中之各像素可包括三個子像素，該三個子像素包括紅色微型LED、綠色微型LED及藍色微型LED。半導體LED通常包括多個半導體材料層內之主動發光層。多個半導體材料層可包括不同化合物材料或具有不同摻雜劑及/或不同摻雜密度之相同基底材料。舉例而言，多個半導體材料層可包括n型材料層、可包括異質結構（例如，一或多個量子井）之主動區，及P型材料層。多個半導體材料層可生長於具有特定位向之基板之表面上。在一些具體實例中，為了提高光提取效率，可形成包括至少一些半導體材料層的台面。

控制器620可控制像源組裝件610之影像呈現操作，諸如光源642及/或投影機650之操作。舉例而言，控制器620可判定供像源組裝件610呈現一或多個顯示影像之指令。指令可包括顯示指令及掃描指令。在一些具體實例中，顯示指令可包括影像檔（例如，位元映像檔）。可自例如控制台接收顯示指令，諸如上文關於圖1所描述之控制台110。掃描指令可由像源組裝件610用以產生影像光。掃描指令可指定例如影像光源之類型（例如，單色或多色）、掃描速率、掃描設備之位向、一或多個照明參數或其任何組合。控制器620可包括此處未展示以免混淆本發明之其他態樣的硬體、軟體及/或韌體之組合。

在一些具體實例中，控制器620可為顯示裝置之圖形處理單元（graphics processing unit；GPU）。在其他具體實例中，控制器620可為其他種類之處理器。由控制器620執行之操作可包括獲取用於顯示之內容及將內容劃分成離散區段。控制器620可將掃描指令提供至光源642，這些掃描指令包括對應於光源642之個別源元件的位址及/或經施加至個別源元件之電偏置。控制器620可指示光源642使用對應於最終顯示給使用者的影像中之一或多列像素之光發射器來依序呈現離散區段。控制器620亦可指示投影機650對光進行不同調整。舉例而言，控制器620可控制投影機650掃描離散區段至波導顯示器（例如，波導顯示器580）之耦合元件之不同區域，如上文關於圖5B所描述。因而，在波導顯示器之出射光瞳處，各離散部分呈現於不同各別方位中。雖然各離散區段呈現於不同各別時間，但離散區段之呈現及掃描足夠快速地進行，使得使用者之眼睛可將不同區段整合成單一影像或一系列影像。

影像處理器630可為專用於執行本文中所描述之特徵的通用處理器及/或一或多個特定應用電路。在一個具體實例中，通用處理器可耦接至記憶體以執行使處理器執行本文中所描述之某些程序的軟體指令。在另一具體實例中，影像處理器630可為專用於執行特定特徵之一或多個電路。雖然影像處理器630在圖6中展示為與控制器620及驅動器電路644分離之獨立單元，但在其他具體實例中，影像處理器630可為控制器620或驅動器電路644之子單元。換言之，在彼等具體實例中，控制器620或驅動器電路644可執行影像處理器630之各種影像處理功能。影像處理器630亦可稱作影像處理電路。

在圖6中所展示之實例中，可由驅動器電路644基於自控制器620或影像處理器630發送之資料或指令（例如，顯示及掃描指令）來驅動光源642。在一個具體實例中，驅動器電路644可包括連接至光源642之各種光發射器且機械地固持這些光發射器之電路面板。光源642可根據由控制器620設定且由影像處理器630及驅動器電路644潛在地調整之一或多個照明參數來發射光。照明參數可由光源642用以產生光。照明參數可包括例如源波長、脈衝速率、脈衝振幅、光束類型（連續或脈衝式）、可影響所發射光之其他參數，或其任何組合。在一些具體實例中，由光源642產生之源光可包括多個紅光、綠光及藍光光束，或其任何組合。

投影機650可執行一組光學功能，諸如聚焦、組合、調節由光源642產生之影像光或使其進行掃描。在一些具體實例中，投影機650可包括組合組裝件、光調節組裝件或掃描鏡面組裝件。投影機650可包括以光學方式調整且潛在地重新導向來自光源642之光的一或多個光學組件。光調整之一個實例可包括調節光，諸如擴展、準直、校正一或多個光學誤差（例如，場曲、色像差等）、一些其他光調整，或其任何組合。投影機650之光學組件可包括例如透鏡、鏡面、光圈、光柵或其任何組合。

投影機650可經由其一或多個反射及/或折射部分重新導向影像光，使得影像光以特定位向朝向波導顯示器投影。影像光經重新導向朝向波導顯示器之方位可取決於一或多個反射及/或折射部分之特定位向。在一些具體實例中，投影機650包括在至少兩個維度上掃描之單個掃描鏡面。在其他具體實例中，投影機650可包括各自在彼此正交之方向上掃描之複數個掃描鏡面。投影機650可執行光柵掃描（水平地或垂直地）、雙諧振掃描或其任何組合。在一些具體實例中，投影機650可以特定振盪頻率沿水平及/或垂直方向進行受控振動，以沿兩個維度掃描且產生呈現給使用者之眼睛的媒體之二維經投影影像。在其他具體實例中，投影機650可包括可提供與一或多個掃描鏡面類似或相同之功能的透鏡或稜鏡。在一些具體實例中，像源組裝件610可不包括投影機，其中由光源642發射之光可直接入射於波導顯示器上。

如上文所描述，在半導體LED中，通常藉由主動區（例如，一或多個半導體層）內電子與電洞之複合而以某一內部量子效率產生光子，其中內部量子效率為主動區中之輻射電子-電洞複合發射光子的比例。可隨後在特定方向上或在特定立體角內自LED提取所產生的光。自LED提取的所發射光子之數目與通過LED的電子之數目之間的比率被稱為外部量子效率，其描述LED將經注入電子轉化為自裝置提取的光子之效率。

（例如，擴增實境系統400或NED裝置500或550中之）光子積體電路或基於波導的顯示器之總效率可為個別組件之效率的乘積，且亦可取決於組件連接方式。舉例而言，擴增實境系統400中之基於波導的顯示器之總效率 可取決於像源412之發光效率、藉由投影機光學件414及輸入耦合器430自像源412至組合器415中的光耦合效率及輸出耦合器440之輸出耦合效率，且因此可判定為：

（1）

其中 係像源412之外部量子效率， 係自像源412至波導（例如，基板420）中之光的入耦效率，且 係藉由輸出耦合器440自波導朝向使用者眼睛之光的出耦效率。因此，可藉由改良 、 及 中之一或多者來改良基於波導的顯示器之總效率 。

將經發射光自光源耦合至波導的光學耦合器（例如，輸入耦合器430或耦合器532）可包括例如光柵、透鏡、微透鏡、稜鏡。在一些具體實例中，來自小光源（例如，微型LED）之光可自光源直接（例如，端對端）耦合至波導，而無需使用光學耦合器。在一些具體實例中，光學耦合器（例如，透鏡或拋物線形反射器）可製造於光源上。

上文所描述的光源、像源或其他顯示器可包括一或多個LED。舉例而言，顯示器中之各像素可包括三個子像素，該三個子像素包括紅色微型LED、綠色微型LED及藍色微型LED。半導體發光二極體通常包括多個半導體材料層內之主動發光層。多個半導體材料層可包括不同化合物材料或具有不同摻雜劑及/或不同摻雜密度之相同基底材料。舉例而言，多個半導體材料層可通常包括n型材料層、可包括異質結構（例如，一或多個量子井）的主動層及p型材料層。多個半導體材料層可生長於具有特定位向之基板之表面上。

光子可藉由電子及電洞在主動層（例如，包括一或多個半導體層）內之複合而以某一內部量子效率在半導體LED（例如，微型LED）中產生。可隨後在特定方向上或在特定立體角內自LED提取所產生的光。自LED提取的所發射光子之數目與通過LED的電子之數目之間的比率被稱為外部量子效率，其描述LED將經注入電子轉化為自裝置提取的光子之效率。外部量子效率可與載子注入效率（carrier injection efficiency；CIE）、內部量子效率（IQE）及光提取效率（light extraction efficiency；LEE）成比例。注入效率係指通過裝置注入至主動區中的電子之比例。提取效率係在主動區中所產生之自裝置逸出的光子之比例。對於LED，且詳言之，對於具有減小之實體尺寸之微型LED，改良內部及外部量子效率可具有挑戰性。在一些具體實例中，為了提高光提取效率，可形成包括至少一些半導體材料層的台面。

圖7A繪示具有垂直台面結構之LED 700的實例。LED 700可為光源510、540或642中之光發射器。LED 700可為由諸如多個半導體材料層之無機材料製成的微型LED。分層半導體發光裝置可包括多層III-V族半導體材料。III-V族半導體材料可包括：一或多種III族元素，諸如鋁（Al）、鎵（Ga）或銦（In）；以及V族元素，諸如氮（N）、磷（P）、砷（As）或銻（Sb）。當III-V族半導體材料之V族元素包括氮時，III-V族半導體材料被稱作III族氮化物材料。分層半導體發光裝置可藉由使用諸如汽相磊晶（vapor-phase epitaxy；VPE）、液相磊晶（liquid-phase epitaxy；LPE）、分子束磊晶（molecular beam epitaxy；MBE）或金屬有機化學氣相沈積（metalorganic chemical vapor deposition；MOCVD）之技術在基板上生長多個磊晶層來製造。例如，半導體材料層可以某一晶格位向（例如，極化、非極化或半極化位向）在基板上逐層生長，該基板諸如GaN、GaAs或GaP基板，或包括但不限於以下各者之基板：藍寶石、碳化矽、矽、氧化鋅、氮化硼、鋁酸鋰、鈮酸鋰、鍺、氮化鋁、鎵酸鋰、部分取代之尖晶石或共用β-LiAlO ₂結構之四元四方氧化物，其中該基板可在特定方向上經切割以曝露特定平面作為生長表面。

在圖7A中所展示之實例中，LED 700可包括基板710，該基板可包括例如藍寶石基板或GaN基板。半導體層720可生長於基板710上。半導體層720可包括諸如GaN之III-V族材料，且可經p摻雜（例如，摻雜有Mg、Ca、Zn或Be）或n摻雜（例如，摻雜有Si或Ge）。一或多個主動層730可生長於半導體層720上以形成主動區。主動層730可包括III-V族材料，諸如一或多個InGaN層、一或多個AlInGaP層及/或一或多個GaN層，這些層可形成一或多個異質結構，諸如一或多個量子井或MQW。半導體層740可生長於主動層730上。半導體層740可包括諸如GaN之III-V族材料，且可經p摻雜（例如，摻雜有Mg、Ca、Zn或Be）或經n摻雜（例如，摻雜有Si或Ge）。半導體層720及半導體層740中之一者可為p型層，且另一者可為n型層。半導體層720及半導體層740包夾主動層730以形成發光區。舉例而言，LED 700可包括位於摻雜有鎂之p型GaN層與摻雜有矽或氧之n型GaN層之間的InGaN層。在一些具體實例中，LED 700可包括位於摻雜有鋅或鎂之p型AlInGaP層與摻雜有硒、矽或碲之n型AlInGaP層之間的AlInGaP層。

在一些具體實例中，電子阻擋層（EBL）（圖7A中未示）可經生長以在主動層730與半導體層720或半導體層740中之至少一者之間形成層。EBL可減少電子洩漏電流且改良LED之效率。在一些具體實例中，諸如P ⁺或P ⁺⁺半導體層之重摻雜半導體層750可形成於半導體層740上，且充當用於形成歐姆接觸且減少裝置之接觸阻抗的接觸層。在一些具體實例中，導電層760可形成於重摻雜半導體層750上。導電層760可包括例如氧化銦錫（ITO）或Al/Ni/Au膜。在一個實例中，導電層760可包括透明ITO層。

為了與半導體層720（例如，n-GaN層）接觸且為了更高效地自LED 700提取由主動層730發射之光，半導體材料層（包括重摻雜半導體層750、半導體層740、主動層730及半導體層720）可經蝕刻以暴露半導體層720且形成包括層720至760之台面結構。台面結構可將載子限於裝置內。蝕刻台面結構可能引起可正交於生長平面之台面側壁732之形成。鈍化層770可形成於台面結構之側壁732上。鈍化層770可包括氧化層，諸如SiO ₂層，且可充當反射器以將所發射光反射出LED 700。可包括金屬層，諸如Al、Au、Ni、Ti或其任何組合之接觸層780可形成於半導體層720上且可充當LED 700之電極。此外，諸如Al/Ni/Au金屬層之另一接觸層790可形成於導電層760上且可充當LED 700之另一電極。

當將電壓信號施加至接觸層780及790時，電子及電洞可在主動層730中複合，其中電子及電洞之複合可引起光子發射。所發射光子之波長及能量可取決於主動層730中之價帶與導電帶之間的能帶間隙。舉例而言，InGaN主動層可發射綠光或藍光，AlGaN主動層可發射藍光至紫外光，而AlInGaP主動層可發射紅光、橙光、黃光或綠光。所發射光子可由鈍化層770反射且可自LED 700頂部（例如，導電層760及接觸層790）或底部（例如，基板710）出射。

在一些具體實例中，LED 700可包括一或多個其他組件，諸如光發射表面上之透鏡，諸如基板710，以聚集或準直所發射光或將所發射光耦合至波導中。在一些具體實例中，LED可包括另一形狀之台面，諸如平面、圓錐形、半拋物線形或拋物線形，且台面之基底區域可為圓形、矩形、六邊形或三角形。例如，LED可包括彎曲形狀（例如，抛物面形狀）及/或非彎曲形狀（例如，錐形形狀）之台面。台面可經截斷或未經截斷。

圖7B係具有拋物線形台面結構之LED 705之實例的橫截面圖。類似於LED 700，LED 705可包括多層半導體材料，諸如多層III-V族半導體材料。半導體材料層可磊晶生長於基板715上，諸如GaN基板或藍寶石基板。例如，半導體層725可生長於基板715上。半導體層725可包括諸如GaN之III-V族材料，且可經p摻雜（例如，經摻雜有Mg、Ca、Zn或Be）或經n摻雜（例如，經摻雜有Si或Ge）。一或多個主動層735可生長於半導體層725上。主動層735可包括III-V族材料，諸如一或多個InGaN層、一或多個AlInGaP層及/或一或多個GaN層，這些層可形成一或多個異質結構，諸如一或多個量子井。半導體層745可生長於主動層735上。半導體層745可包括諸如GaN之III-V族材料，且可經p摻雜（例如，經摻雜有Mg、Ca、Zn或Be）或經n摻雜（例如，經摻雜有Si或Ge）。半導體層725及半導體層745中之一者可為p型層，且另一者可為n型層。

為了與半導體層725（例如，n型GaN層）接觸且為了更高效地自LED 705提取由主動層735發射之光，半導體層可經蝕刻以暴露半導體層725且形成包括層725至745之台面結構。台面結構可將載子限於裝置之注入區域內。蝕刻台面結構可導致形成台面側壁（在本文中亦被稱作刻面），這些台面側壁可能不平行於或在一些狀況下正交於與層725至745之結晶生長相關聯的生長平面。

如圖7B中所展示，LED 705可具有包括平坦頂部之台面結構。介電層775（例如，SiO ₂或SiNx）可形成於台面結構之刻面上。在一些具體實例中，介電層775可包括多層介電材料。在一些具體實例中，金屬層795可形成於介電層775上。金屬層795可包括一或多種金屬或金屬合金材料，諸如鋁（Al）、銀（Ag）、金（Au）、鉑（Pt）、鈦（Ti）、銅（Cu）或其任何組合。介電層775及金屬層795可形成可朝向基板715反射由主動層735發射之光的台面反射器。在一些具體實例中，台面反射器可為拋物線形以充當可至少部分地使所發射光準直之拋物線形反射器。

電接點765及電接點785可分別形成於半導體層745及半導體層725上以充當電極。電接點765及電接點785可各自包括導電材料，諸如Al、Au、Pt、Ag、Ni、Ti、Cu或其任何組合（例如，Ag/Pt/Au或Al/Ni/Au），且可充當LED 705之電極。在圖7B中所展示之實例中，電接點785可為n接點，且電接點765可為p接點。電接點765及半導體層745（例如，p型半導體層）可形成背向反射器以用於將由主動層735發射之光朝向基板715反射回去。在一些具體實例中，電接點765及金屬層795包括相同材料，且可使用相同過程形成。在一些具體實例中，可包括額外導電層（圖中未示）作為電接點765及785與半導體層之間的中間導電層。

在接點765及785上施加電壓信號時，電子及電洞可在主動層735中複合。電子及電洞之複合可引起光子發射，因此產生光。所發射光子之波長及能量可取決於主動層735中之價帶與導電帶之間的能帶間隙。舉例而言，InGaN主動層可發射綠光或藍光，而AlInGaP主動層可發射紅光、橙光、黃光或綠光。所發射光子可在許多不同方向上傳播，且可由台面反射器及/或背向反射器反射，且可例如圖7B中所展示自LED 705底側（例如，基板715）出射。諸如透鏡或光柵之一或多個其他次級光學組件可形成於諸如基板715之光發射表面上，以使所發射光聚焦或準直及/或將所發射光耦合至波導中。

在形成（例如，蝕刻）台面結構時，台面結構之刻面（諸如台面側壁732）可能包括一些瑕疵，諸如不飽和鍵、化學污染及結構損害（例如，在經乾式蝕刻時），其可能降低LED之內部量子效率。舉例而言，在刻面處，半導體層之原子晶格結構可能突然結束，其中半導體材料之一些原子可能缺乏鍵可附接至的相鄰者。此導致可由未配對價電子表徵的「懸鍵」。此等懸鍵產生原本不會存在於半導體材料之帶隙內的能階，從而在台面結構之刻面處或附近造成非輻射性電子-電洞複合。因此，此等瑕疵可能成為複合中心，其中電子及電洞可經限制於此處，直至其非輻射性地組合為止。

如上文所描述，內部量子效率為主動區中發射光子的輻射性電子-電洞複合之比例。LED之量子效率取決於在LED之主動區中發生的競爭性輻射（光產生）複合與非輻射（有損）複合之相對速率。主動區中的非輻射複合過程可包括在缺陷位點處的肖克力-瑞德-霍爾（SRH）複合及eeh/ehh歐傑複合，其為涉及三個載子的非輻射過程。LED之內部量子效率可藉由下式判定：

（2）

其中A、B及C分別為SRH複合、雙分子（輻射）複合及歐傑複合之速率，且 N為主動區中之電荷載子密度（或電荷載子濃度）。

圖8繪示發光二極體之光學發射功率與電流密度之間的關係。如由圖8中的曲線810所說明，微型LED裝置之光學發射功率在電流密度（且因此電荷載子密度N）較低時可能較低，其中較低外部量子效率可能係根據等式(2)由當電荷載子密度N較低（且因此N ²及N ³較小）時的相對較高非輻射性SRH複合造成。隨著電流密度（且因此電荷載子密度N）增大，光學發射功率可能增大，如圖8中的曲線820所示，此係因為根據等式(2)，較高速率（ N ²）下的輻射性複合相較於電荷載子密度N較高時的非輻射性SRH複合（ N）可能增大。隨著電流密度進一步增大，光學發射功率可能以較慢速率增大，如圖8中的曲線830所示，且因此外部量子效率可能亦下降，此係因為例如根據等式(2)，較高速率（ N ³）下的非輻射歐傑複合相較於電荷載子密度N充分高時的輻射複合（ N ²）可能增大。

歐傑複合為涉及三個載子的非輻射性過程。歐傑複合可為效率下降之主要原因，且可為直接或間接的。舉例而言，直接歐傑複合可在電子與電洞複合時發生，但並非產生光，而是電子升高至導電帶中或電洞更深推動至價帶中。可藉由針對給定注入電流密度J降低主動區中的電荷載子密度N來減少歐傑複合以緩解效率下降，該給定注入電流密度 J可寫為：

（3）

其中 d _eff 係主動區之有效厚度。因此，根據等式(3)，歐傑複合之影響可減小，且因此可藉由針對給定注入電流密度減小電荷載子密度N來改良LED之IQE，其可藉由增大主動區域之有效厚度 d _eff 來達成。可藉由例如生長多個量子井（MQW）來增大主動區之有效厚度。或者，包括單一厚雙異質結構（double heterostructure；DH）的主動區可用以增大主動區之有效厚度。

儘管歸因於高電流密度（及高電荷載子密度）之歐傑複合可為取決於材料特性之本徵過程，但非輻射性SRH複合可取決於主動區處之材料的特性及品質，諸如主動區中的缺陷密度。如上文關於圖7A及圖7B所描述，LED可藉由蝕刻穿過主動發光層以形成個別台面結構且將載子限於個別台面結構內來製造，且在用於電接觸之主動發光層下暴露n型材料。蝕刻台面結構可引起台面側壁之形成，這些台面側壁大致正交於生長平面或相對於生長平面之表面法線方向略微傾斜。由於蝕刻，接近經暴露側壁之主動區可能具有較高缺陷密度，諸如錯位、懸鍵、孔、晶界、空位、包括沈澱物、雜質及其類似者。缺陷可能在帶隙中引入具有深或淺能階之能態。載子可能由於此等能態而經截留，直至其非輻射性地組合。因此，接近於經暴露側壁之主動區可能具有比遠離側壁之主動區高的SRH複合速率。

可能影響非輻射表面複合對LED效率之影響的參數可包括例如表面複合速度（surface recombination velocity；SRV） S、載子擴散係數（擴散率） D及載子壽命 τ。歸因於高缺陷密度的在側壁表面附近的高複合速率可能取決於該區域中多餘載子（詳言之，少數載子）之數目。較高複合率可能耗乏該區域中之載子。區域中的載子之耗乏可能引起載子自具有較高載子濃度之周圍區擴散至該區域。因此，表面複合之量可受載子移動至側壁表面附近的區域之表面複合速度 S的限制。載子壽命τ為載子在電子-電洞產生之後在其與另一載子複合之前可處於激發態中的平均時間。載子壽命τ通常取決於主動區中之載子濃度及複合速率。材料之載子擴散係數（擴散率） D及載子壽命τ可判定載子擴散長度 L= ，其為載子可自產生點直至其複合所行進的平均距離。載子擴散長度 L表徵鄰近於主動區之側壁表面的區域寬度，且其中表面複合對載子損失之貢獻顯著。注入或擴散至距側壁表面在少數載子擴散長度內的區域中之電荷載子可能經受較高SRH複合速率。

GaN材料可具有比諸如AlGaInP材料之磷化物半導體材料（例如，具有約10 ⁶cm/s之表面複合速度）低得多的表面複合速度（例如，小於約0.5×10 ⁵cm/s）。另外，相比於磷化物LED，氮化物LED可在高得多的非平衡載子濃度下操作，其可導致氮化物LED中的載子壽命顯著較短。因此，III族氮化物LED之主動區中的載子擴散長度可顯著短於磷化物LED中的載子擴散長度。因而，諸如InGaN微型LED之III族氮化物LED可具有較低表面複合速度及較短載子擴散長度兩者，且因此可比諸如基於AlGaInP之微型LED的磷化物LED的表面複合低得多且效率降低。

較高電流密度（例如，以A/cm ²為單位）可能與較低表面複合速度相關聯，此係因為表面缺陷在較高載子密度下可能愈來愈飽和。因此，可藉由增大電流密度來減小表面複合速度。此外，給定材料之擴散長度可能隨裝置操作之電流密度而變化。然而，LED通常可能不在高電流密度下操作。增大電流注入亦可能歸因於由較高電流密度下的自熱造成的較高溫度下的較高歐傑複合速率及較低轉化效率而引起微型LED之效率下降。

對於用於照明及背光應用中的傳統寬面積LED（例如，具有約0.1 mm ²至約1 mm ²之側向裝置面積），側壁表面在裝置遠端處。裝置可經設計以使得極少或沒有電流注入台面側壁之少數載子擴散長度內的區域中，且因此側壁表面積與體積比及總體SRH複合速率可較低。然而，在微型LED中，在LED之大小減小至與少數載子擴散長度相當或具有相同數量級的值時，增大的表面積與體積比可能導致載子表面複合速率較高，此係因為總主動區之較大比例可能處於距LED側壁表面之少數載子擴散長度內。因此，更多注入載子經受較高SRH複合速率。此可使得隨著LED之大小減小，LED之洩漏電流增大且LED之效率降低，及/或使得峰值效率操作電流隨著LED之大小減小而增大。舉例而言，對於具有100 μm × 100 μm × 2 μm（寬度×長度×高度）台面之較大LED，側壁表面積與體積比可為約0.04。然而，對於具有5 μm × 5 μm × 2 μm台面之較小LED，側壁表面積與體積比可為約0.8，其比較大LED高約20倍。因此，在表面缺陷密度類似的情況下，較小LED之SRH複合係數可能亦高出約20倍。因此，較小LED之效率可能顯著降低。

如上文關於例如圖7A所描述，LED可包括磊晶生長於基板上之半導體層，諸如藍寶石基板或具有纖維鋅礦六方晶格之GaN基板。視切割基板之方式而定，基板之生長表面可為極化平面、非極化平面或半極化平面。因此，生長於基板上之磊晶層可具有不同位向。具有不同位向之磊晶層可具有不同生長品質、組成物及性質。

圖9A至圖9E繪示磊晶層可生長於其上之III族氮化物半導體材料900的六方晶格結構之各種平面之實例。半導體材料900可包括例如藍寶石基板或具有如圖中所示之纖維鋅礦六方晶格的GaN基板。六方晶格之平面可由四個米勒-布拉菲指數（Miller-Bravais index） a1、 a2、 a3及 c表示為( a1, a2, a3, c)，其中 a1+ a2+ a3= 0。舉例而言， a1+ a2+ a3= 0且 c ≠0界定沿 c軸具有不同指數 c之一組平行平面，這些平面為由於雙單層中之氮化物原子及鎵原子數目不等而在垂直於平面之方向上具有最大自發極化之極化平面。圖9A中展示 c平面910之實例。若平面之指數 c為0，則平面之特徵在於在垂直於平面之方向上具有零極化場，且因此被稱作「非極化」平面。在圖9B中展示非極化m平面920之實例。

當平面之指數 c為非零，且平面之 a1及 a2指數中之任一者為非零時，平面為半極化平面。圖9C至圖9E繪示半導體材料900之半極化平面之實例。圖9C中所展示之半極化平面930為( )平面（亦被稱作s6平面），其相對於c平面成約75°之角度θ。( )平面可為主N平面，其中平面上之大部分元素為氮。圖9D中所展示之半極化平面940為( )平面（亦被稱作s5平面），其相對於c平面成約62°之角度θ。圖9E中所展示之半極化平面950為( )平面（亦被稱作s2平面），其相對於c平面成約58°之角度θ。

InGaN/GaN c平面LED裝置通常在量子井發光層中具有較大內場。內場可包括極化誘發之內場（例如，由壓電極化及自發極化引起）及p-n接面之內建耗散場。LED裝置之異質結構中之場可引起電子及電洞能階偏移（因此改變帶隙），其可被稱為量子限制斯塔克效應（QCSE）。當量子限制系統沿著載子限制軸經受電場時，產生QCSE。對於半導體量子井，量子井中之內場可使電位井歪斜，且使得電洞及電子能階偏移，由此減小此等能階之間的間隙。此等改變可伴隨著由庫倫相互作用隨電子與電洞在空間上分離而減小所致之激子能量的改變。QCSE有時可表現為激子能量之淨降低且因此表現為其光學發射光譜之紅移。

在極化晶體，諸如GaN中，生長方向上之自發極化可最大以用於c平面（亦即，極化平面）上生長之晶體。極化可改變在其他位向之平面上生長之晶體的方向。因此，對於生長於相對於c平面（亦即，半極化平面）具有介於0°與90°之間的角度θ之平面的晶體，生長方向上之極化可減少，且生長於垂直於極化平面（例如，非極化m平面或a平面）之平面的晶體，該生長方向上之極化可變為零（非極化）。InGaN/GaN結構中之壓電極化可以類似方式表現，且因此壓電極化對於具有不同位向之平面亦可不同。因此，基於此等極化晶體之異質結構（例如，量子井）可具有由壓電極化及自發極化沿著大部分天然晶體生長方向（亦即，c軸）誘發之強內部電場。因而，生長於c平面上之異質結構中的載子可在其輸送方向（例如，異質結構生長方向）上經歷強極化誘發之內場。在載子輸送方向上的極化誘發之內場可引起此等異質結構內部之激子發射能量偏移，其中電子及電洞亦可移至井之相對側且受限於井。舉例而言，導電帶中之電子能階及價帶中之電洞能階可歸因於電場而在量子井中傾斜。因此，更多電子可接近p-GaN側，且更多電洞可接近N-GaN側。電子與電洞之間的此空間分離受圍繞量子井之位壘之存在限制，且可引起電子及電洞波函數之空間重疊（且因此電子及電洞波函數之重迭積分或主動區之有效厚度 d _eff 斷開）在c軸方向上之急劇減少，此又可降低輻射性複合速率且因此降低系統之內部量子效率。

因此，生長於c平面基板上之異質結構可能在載子輸送方向上遭受強內部電場，該強內部電場係由平行於大部分天然晶體生長方向（亦即，c軸）之壓電極化及自發極化誘發。載子輸送方向上之極化誘發之電場可引起此等異質結構內部之激子發射能量的紅移。舉例而言，歸因於由極化誘發之內場引起的能帶之畸變，與無極化效應之量子井相比，在零偏壓下之c平面量子井之光致發光發射波長可經紅移（亦即，具有更長波長及更低能量）。隨著外部偏壓電壓（及電場）增加，能帶可逐漸變平，且由於內部電場可至少部分地藉由自由載子之注入篩選，量子井之發射波長可經藍移（亦即，具有較短波長及較高能量）。

對於c平面LED，偏壓條件下在自發發射與發射之間的藍移可為顯著的（例如＞30 nm）。對於m平面LED，高品質發光材料層之磊晶生長可為困難的。對於相對於c平面具有介於0°與90°之間（諸如介於約50°與約75°之間或介於約58°與約66°之間）之角度θ的半極化平面，生長方向上之極化場（且因此QCSE）處於此等極值之間的某處。半極化GaN亦可能夠在災難性形態崩潰，包括1-D及2-D擴展缺陷之傳播發生之前適應足夠應力。因此，半極化GaN可能夠產生具有降低之QCSE及藍移之高效LED。

根據某些具體實例，微型LED像素可由在形成於半導體層中之凹坑結構（例如，金字塔形凹坑）之半極化刻面上生長的發光層製得。藉由使用具有含傾斜側壁及特定形狀及位向之孔洞的遮罩蝕刻摻雜半導體層（例如，n摻雜或p摻雜III-V族半導體材料層），或在基板（或緩衝層）上使半導體層透過具有小孔洞之遮罩過度生長，凹坑結構可形成於半導體層中。因為發光層生長於半極化平面上且在生長之後可能不存在發光層之蝕刻（且因此，不存在具有高缺陷密度之發光層的經蝕刻側壁），所以微型LED像素之內部量子效率可較高。另外，生長於凹坑結構之半極化刻面上的發光層之發光區可大於凹坑結構的側面區域，且因此發光區中可具有較低有效載子密度及較低歐傑複合速率。此外，在可能形成堆疊錯誤前，在特定半極化刻面上生長發光層可更可靠地在InGaN層中併入更多銦，以使得具有較高銦濃度（且因此較低帶隙）之高品質（例如，低應變及低缺陷密度）之InGaN層可在凹坑結構之半極化刻面上生長，藉此增加由LED發射之光的波長（例如，自藍光變至綠光及/或紅光）。因此，可藉由本文所揭示之微型LED像素達成所發射光之波長的較大紅移及高量子效率。

在一個實例中，摻雜半導體層，諸如生長於朝向基板之c平面上之n摻雜GaN層可經蝕刻以形成具有相對於c平面以介於約50°與75°之間的角度傾斜，諸如在(11 2) s2平面上以約58°或在(10 1) s5平面上以約62°傾斜之刻面的凹坑結構。因此，各凹坑結構可具有倒金字塔形形狀（或在橫截面圖中呈V形），且凹坑結構之刻面可經半極化定向。一或多個量子井層（例如，未摻雜或非故意摻雜GaN/InGaN層）可磊晶生長於半極化凹坑刻面上，電子阻擋層（EBL）可生長於量子井層上，且p摻雜GaN層可生長於EBL層上及/或可填充凹坑結構。因此，微型LED子像素可形成於各凹坑結構中。諸如氧化銦錫（ITO）層之P接觸層及/或金屬層可形成於p摻雜GaN層上。微型LED子像素形成於凹坑結構中之經製造微型LED晶圓可藉由接合墊接合至CMOS晶圓。各接合墊可大於微型LED子像素之大小，且因此可將多個微型LED子像素分組成一個微型LED像素。在一些具體實例中，微型LED晶圓之不同區域可經單獨蝕刻及磊晶生長以形成不同材料或不同組成物之發光層以發射不同顏色之光。

圖10A繪示根據某些具體實例之包括具有發光層的子像素之微型LED像素1000的實例，這些發光層形成於半導體材料層1020中形成之凹坑結構的半極化刻面上。半導體材料層1020可包括例如生長於基板1010上之n摻雜GaN層。基板1010可包括如上文所描述之具有緩衝層的GaN基板或藍寶石基板。生長於基板1010上之n摻雜GaN層可摻雜有例如Si或Ge。半導體材料層1020之頂部表面及底部表面可與半導體材料（例如，GaN）之c平面對準。多個凹坑1024或其他凹陷結構可形成於半導體材料層1020中。在所說明實例中，凹坑1024在橫截面圖中可具有V形且在3D視圖中可具有倒金字塔形形狀。倒金字塔形形狀之刻面可相對於半導體材料層1020之c平面具有介於約50°與約75°之間（例如，介於約58°與66°之間）的角度θ，諸如在(11 2) s2平面中（約58°之θ）或在(10 1) s5平面中（約62°之θ）。在一個實例中，可藉由使用遮罩層1030作為蝕刻遮罩層蝕刻半導體材料層1020來形成凹坑1024。遮罩層l030可包括例如具有多邊形（例如，六邊形）或圓形孔洞之SiO ₂遮罩層。對於較大凹坑1024，諸如最大水平線性尺寸大於約500 nm或更大之凹坑1024，多邊形（例如六邊形）之各邊可在圖9B中所展示之六方晶格結構的c平面與六個非極化m平面之一m平面之間的相交處。對於較小凹坑1024，諸如最大水平線性尺寸小於約500 nm（例如，＜ 200 nm或＜ 100nm）之凹坑1024，SiO ₂遮罩層中之孔洞可為圓形或多邊形。孔洞可具有傾斜側壁，這些傾斜側壁具有類似於上文所描述之凹坑1024之刻面的所要傾斜角之傾斜角。

主動層1040（例如，多個量子井或多量子井之障壁層及量子井層）可使用例如上文所描述之MBE或MOCVD過程在凹坑1024之刻面上磊晶生長。在一些具體實例中，用於蝕刻凹坑1024之遮罩層1030亦可在主動層1040之生長期間用作過度生長遮罩層。因為半導體材料層1020由遮罩層1030覆蓋，所以主動層1040可僅生長於凹坑1024內部及凹坑1024之刻面上，如圖10A中所示。在遮罩層1030之多邊形（例如，六邊形）孔洞之各邊（且因此倒金字塔形形狀凹坑1024之底部）處於六方晶格結構的c平面與六個非極化m平面之一m平面之間的相交處時，主動層1040可在半極化平面（例如，(10 1) s5平面）中具有生長表面。當凹坑1024較小，諸如最大水平線性尺寸小於約500 nm（例如，＜200 nm或＜100 nm）時，凹坑1024之底部可具有圓形形狀或多邊形形狀，且凹坑1024之刻面可在主動層1040生長期間在較佳位向（例如，平行於(10 1) s5平面）上自然地重構。

在一些具體實例中，薄電子阻擋層（EBL）1050可磊晶生長於主動層1040上。反向摻雜半導體層1060可生長於主動層1040或EBL 1050上。半導體層1060可為摻雜有例如Mg、Ca、Zn或Be之p型GaN層。在圖10A中所示之實例中，反向摻雜半導體層1060可填充凹坑1024之其餘區域，且亦可生長於凹坑1024之頂部上。各凹坑1024中之半導體材料層1020、主動層1040及反向摻雜半導體層1060可形成發光微型LED子像素。

在所說明之實例中，透明導電氧化物（transparent conductive oxide；TCO）層1070（例如，ITO層）可形成於微型LED子像素上以與例如微型LED子像素之p摻雜半導體層電接觸。鏡層1080，諸如金屬鏡層（例如，Al、Pt、Au、Ag、Ni、Ti、Cu、W或其任何組合，諸如ITO/Ag/Pt/Au、Ag/Pt/Au或Al/Ni/Au）或導電DBR鏡可沈積於TCO層1070上。鏡層1080可用以將主動層1040中發射之光反射至微型LED子像素之發光表面。接合材料層1090，諸如金屬層（例如，Cu、Al、Au、Ni、Ti或其任何組合）可形成於鏡層1080上。可蝕刻TCO層1070、鏡層1080及接合材料層1090以形成個別微型LED像素1000，這些個別微型LED像素各自包括藉由TCO層1070、鏡層1080及接合材料層1090之部分連接在一起之多個微型LED子像素。微型LED像素1000之間的區域可填充介電材料1035（例如SiO ₂）以電性隔離個別微型LED像素1000。微型LED像素1000可藉由接合材料層1090接合至CMOS底板，如下文詳細描述。

在一些具體實例中，可藉由沈積介電層、圖案化介電層以及經由經圖案化介電層沈積TCO層1070、鏡層1080及接合材料層1090來形成用於各微型LED子像素的TCO層1070、鏡層1080以及接合材料層1090。在一些具體實例中，TCO層1070、鏡層1080以及接合材料層1090可經蝕刻以形成具有各別p接點、鏡面以及接合墊的個別微型LED子像素，其中微型LED子像素之間的區域可填充介電材料1035（例如，SiO ₂）。個別微型LED子像素可不在微型LED晶圓上分組，且可藉由將微型LED子像素群組之接合墊接合至CMOS底板上之金屬接合墊來分組成微型LED像素。

圖10B繪示根據某些具體實例之包括具有發光層的子像素之微型LED像素1002的另一實例，這些發光層形成於半導體材料層1022中形成之凹坑結構的半極化刻面上。微型LED像素1002可類似於微型LED像素1000，且可使用與微型LED像素1000類似過程及類似材料來製造。作為微型LED像素1000，微型LED像素1002可包括基板1012、其中形成有凹坑1026之n摻雜（或p摻雜）之半導體材料層1022。凹坑1026可類似於凹坑1024且可在如上文所描述之半導體材料的半極化平面上具有刻面。主動層1042、視情況選用之EBL層1052及p摻雜（或n摻雜）半導體材料層1062可磊晶生長於凹坑1026之半極化刻面上以形成具有n摻雜（或p摻雜）半導體材料層1022之微型LED子像素。在微型LED像素1002中，p摻雜（或n摻雜）半導體材料層1062可為薄層且可不完全填充凹坑1026。

如在微型LED像素1000中，TCO層1072（例如，ITO層）可形成於微型LED子像素上以與p摻雜（或n摻雜）半導體材料層1062電接觸。鏡層1082，諸如金屬鏡層（例如，Al、Pt、Au、Ag、Ni、Ti、Cu、W或其任何組合，諸如ITO/Ag/Pt/Au、Ag/Pt/Au或Al/Ni/Au）或導電DBR鏡可沈積於TCO層1072上。鏡層1082可用以將主動層1042中發射之光反射至微型LED子像素之發光表面。接合材料層1092，諸如金屬層（例如，Cu、Al、Au、Ni、Ti或其任何組合）可形成於鏡層1082上。鏡層1082及接合材料層1092可經蝕刻以形成個別微型LED像素1002，該個別微型LED像素各自包括藉由鏡層1082及接合材料層1092之部分連接在一起的多個微型LED子像素。微型LED像素1002之間的區域可填充介電材料1036（例如SiO ₂）以電性隔離個別微型LED像素1002。微型LED像素1002可藉由接合材料層1092接合至CMOS底板，如下文詳細描述。

在一些具體實例中，可藉由在TCO層1072上沈積介電層、圖案化介電層以及經由經圖案化介電層沈積鏡層1080及接合材料層1090來形成用於各微型LED子像素的鏡層1082及接合材料層1092。在一些具體實例中，鏡層1082以及接合材料層1092可經蝕刻以形成具有各別鏡面及接合墊的個別微型LED子像素，其中微型LED子像素之間的區域可填充介電材料1036（例如，SiO ₂）。個別微型LED子像素可不在微型LED晶圓上分組，且可藉由將微型LED子像素群組之接合墊接合至CMOS底板上之金屬接合墊來分組成微型LED像素。

由於圖10A及圖10B中展示之發光主動層1040及1042生長於半極化平面上，且在生長之後可能不存在對發光層之蝕刻（且因此，不存在用於非輻射性複合之具有高缺陷密度的發光主動層之經蝕刻側壁），因此微型LED像素之內部量子效率可較高。此外，在可能形成堆疊錯誤前，在半極化刻面上生長發光層可更可靠地在InGaN層中併入更多銦，以使得具有較高銦濃度（且因此較低帶隙）之高品質（例如，低應變及低缺陷密度）之InGaN層可在凹坑結構之半極化刻面上生長。增大併入In _xGa _1-xN量子井層中之銦的量可降低帶隙能量，藉此增大由LED發射之光的波長（例如，自藍光增大至綠光及/或紅光）。因此，可藉由微型LED像素達成所發射光之波長的較大紅移及高量子效率。

圖11A至圖11J繪示根據某些具體實例之製造圖10A至圖10B之微型LED像素的過程之實例。圖11A及圖11B分別為展示形成於n摻雜GaN層1120上之遮罩層1130的俯視圖及橫截面圖。n摻雜GaN層1120可磊晶生長於諸如上文所描述之具有緩衝層的GaN或藍寶石基板之基板1110上。生長於基板1110上之n摻雜GaN層1120可摻雜有例如Si或Ge。n摻雜GaN層1120之頂部表面及底部表面可與GaN材料之c平面對準。遮罩層l130可包括例如具有多邊形（例如，六邊形）或圓形孔洞1135之SiO ₂遮罩層，如由圖11A所說明之俯視圖中所展示。孔洞1135之線性尺寸可約為幾百奈米或更大，諸如約100 nm、約200 nm、約500 nm或更大。在一些具體實例中，具有六邊形形狀之孔洞1135之各邊可在n摻雜GaN層1120之c平面與m平面的相交處。孔洞1135可具有傾斜側壁，如圖11B中所繪示之橫截面圖中所展示。遮罩層1130中之孔洞1135之傾斜側壁相對於n摻雜GaN層1120之c平面的傾斜角可介於約50°與約75°之間或介於約58°與66°之間，諸如約58°或約62°。

圖11C及圖11D分別為根據某些具體實例之展示形成於n摻雜GaN層1120中之複數個凹坑1122的俯視圖及橫截面圖。凹坑1122可具有圖11D中所示之橫截面圖中之倒金字塔形形狀以及V形。凹坑1122之底部可為不平坦的，且因此凹坑1122可不具有截棱錐形狀。凹坑1122可藉由使用遮罩層1130蝕刻n摻雜GaN層1120而形成，使得n摻雜GaN層1120中經蝕刻凹坑1122之刻面的傾斜角可類似於遮罩層1130中之孔洞1135之側壁的傾斜角。因此，倒金字塔形凹坑1122之刻面可相對於半導體材料層1020之c平面具有介於約50°與約75°之間（例如，介於約58°與66°之間）的角度θ，諸如在(11 2) s2平面中（約58°之θ）或在(10 1) s5平面中（約62°之θ）。

圖11E及圖11F分別為根據某些具體實例之展示形成於n摻雜GaN層1120之凹坑1122中的複數個微型LED子像素之俯視圖及橫截面圖。如上文關於圖10A所描述，主動層1140（例如，多個量子井或多量子井之GaN障壁層及InGaN量子井層）可磊晶生長於凹坑1122的刻面上。在磊晶生長期間，遮罩層1130亦可用作過度生長遮罩層。由於n摻雜GaN層1120由遮罩層1130覆蓋，因此主動層1140可僅生長於凹坑1122內部及凹坑1122之刻面上，如圖11F中所示，且可在半極化平面（例如，(10 1) s5平面）中具有生長表面。視情況選用之EBL 1150可磊晶生長於主動層1140上。接著可在EBL 1150或主動層1140上生長p摻雜半導體層1160。p摻雜半導體層1160可為摻雜有例如Mg、Ca、Zn或Be之GaN層。在圖11F中所示之實例中，p摻雜半導體層1160可填充凹坑1122之其餘區域，且亦可生長於凹坑1122之頂部上。各凹坑1122中之n摻雜GaN層1120、主動層1140及p摻雜半導體層1160可形成金字塔之側表面上具有發光主動區之發光微型LED子像素。如上文關於圖10B所描述，在一些具體實例中，p摻雜半導體層1160可包括薄層且可不填充凹坑1122之其餘區域。主動層1140、EBL 1150及p摻雜半導體層1160可使用上文所描述之適合技術，諸如MBE或MOCVD過程磊晶生長，而無需平坦化過程，諸如化學機械拋光（chemical mechanical polishing；CMP）過程。在經蝕刻凹坑1122較小（例如，＜500 nm或＜200 nm）且可不具有倒六棱錐形狀之具體實例中，凹坑1122之刻面可在主動層1140過度生長期間以較佳位向自然重構以形成倒六棱錐形狀。

圖11G及圖11H分別為根據某些具體實例之展示包括形成於n摻雜GaN層1120之凹坑1122中的複數個微型LED子像素之微型LED像素的俯視圖及橫截面圖。在所說明之實例中，TCO層1170（例如，ITO層）可形成於微型LED子像素上以與例如微型LED子像素之p摻雜半導體層1160電接觸。鏡層1180，諸如金屬鏡層（例如，Al、Pt、Au、Ag、Ni、Ti、Cu、W或其任何組合，諸如ITO/Ag/Pt/Au、Ag/Pt/Au或Al/Ni/Au）或導電DBR鏡可沈積於TCO層1170上。鏡層1180可用以將主動層1140中發射之光反射至微型LED子像素之發光表面。接合材料層1190，諸如金屬層（例如，Cu、Al、Au、Ni、Ti或其任何組合）可形成於鏡層1180上。可蝕刻TCO層1170、鏡層1180及接合材料層1190以形成個別微型LED像素，這些個別微型LED像素各自包括藉由TCO層1170、鏡層1180及接合材料層1190之部分連接在一起之多個微型LED子像素。微型LED像素1100之間的區域可包括介電材料1132（例如，SiO ₂）以電性隔離個別微型LED像素。基板1110上之微型LED像素可經由接合材料層1190接合至CMOS底板，如下文詳細描述。

在一些具體實例中，可藉由沈積介電層、圖案化介電層以及經由經圖案化介電層沈積TCO層1170、鏡層1180及接合材料層1190來形成用於各微型LED子像素的TCO層1170、鏡層1180以及接合材料層1190。在一些具體實例中，TCO層1170、鏡層1180以及接合材料層1190可經蝕刻以形成具有各別p接點、鏡面以及接合墊的個別微型LED子像素，其中微型LED子像素之間的區域可填充介電材料（例如，SiO ₂）。個別微型LED子像素可不在微型LED晶圓上分組，但可藉由將微型LED子像素群組之接合墊接合至CMOS底板上之金屬接合墊來分組成微型LED像素。

圖11I展示包括上述多個微型LED像素之微型LED晶圓的實例。在所說明之實例中，展示兩個鄰近微型LED像素。兩個鄰近微型LED像素可藉由形成於介電層（例如，SiO ₂層）及n摻雜GaN層1120中之金屬插塞1192光學隔離。金屬插塞1192亦可用以反射主動層1140中發射的光。在一些具體實例中，金屬插塞1192亦可用以電性連接n摻雜GaN層1120以驅動CMOS底板上之電路。

圖11J展示將包括上述多個微型LED像素之微型LED晶圓接合至CMOS底板1115之實例。CMOS底板1115可包括製造於矽晶圓上之驅動電路，且可包括接合層，該接合層包括金屬接合墊1195（例如，形成於介電層中）。CMOS底板1115之金屬接合墊1195可接合至微型LED晶圓上之經圖案化接合材料層1190。可在接合之後移除基板1110，且可在經暴露n摻雜GaN層1120上形成視情況選用之光提取結構（例如，粗糙表面、光柵及/或微透鏡）。主動層1140中發射之光可自n摻雜GaN層1120耦合出微型LED像素。

在一些具體實例中，n摻雜GaN層1120、介電層（例如，SiO ₂層及遮罩層1130）、TCO層1170、鏡層1180以及接合材料層1190可在晶圓至晶圓接合之後且在移除基底1110之後經蝕刻，以在層中形成溝槽，以隔離各自包括多個微型LED子像素的個別微型LED像素，這些微型LED子像素藉由TCO層1170、鏡層1180、接合材料層1190之部分連接在一起。介電材料及金屬插塞1192可沈積於經蝕刻溝槽中以電性方式且以光學方式隔離鄰近微型LED像素及/或提供自CMOS底板1115至n摻雜GaN層1120的電性連接。

如上文所描述，當施加外部電壓信號時，線性尺寸小於幾微米之小c平面微型LED可在主動區中具有高載子密度。主動區中之較高載子密度可增加非輻射性歐傑複合及所發射光之波長的藍移。本文中所描述之凹坑結構之半極化刻面相對於c平面可具有較大角度（例如，大於約50°），且因此在凹坑結構之半極化刻面上生長的發光層的發光區可比凹坑結構之側面區域大得多。因此，對於給定注入電流，本文中所揭示之半極化微型LED像素在發光區中可具有較低有效載子密度，且因此對於具有小線性尺寸之微型LED可具有較低歐傑複合速率及較低波長藍移。

圖12繪示根據某些具體實例之具有發光層之微型LED子像素1200的實例中之發光區增加，這些發光層形成於半導體材料層中形成之凹坑的半極化刻面上。在圖12中所示之實例之橫截面圖中，V形凹坑之水平線性尺寸可為約0.58 μm，V形凹坑之深度可為約0.5 μm，且V形凹坑之刻面相對於c平面可具有約62°之傾斜角。因此，V形凹坑之各刻面之長度可為約0.57 μm。因此，形成於V形凹坑之刻面上的發光主動層之面積可比形成於半導體材料層之c平面上的同一區域中的發光主動層之面積大得多。因此，對於相同注入電流，本文中所揭示之微型LED子像素之發光區中的載子密度可低得多。因此，本文所揭示之微型LED子像素可具有較低歐傑複合速率及較低波長藍移。

此外，本文中所描述之微型LED晶圓可包括各自形成於凹坑結構中之微型LED子像素陣列，且微型LED子像素群組可電性連接在一起以形成微型LED像素。因此，微型LED晶圓可接合至CMOS底板而無需對準或只需最小程度地對準，以形成微型LED像素陣列，各像素包括接合至CMOS底板上之同一金屬接合墊的多個微型LED子像素。因此，接合過程可相對容易且更可靠。

即使關於圖10A至圖11J所描述之實例顯示藉由蝕刻半導體材料層而在半導體材料層（例如，n摻雜半導體層）中形成倒金字塔形凹坑結構，但在一些具體實例中，可使用其他方法在半導體材料層中形成倒金字塔形凹坑結構。舉例而言，倒金字塔形凹坑結構可藉由下文所描述之過度生長過程形成於半導體材料層中。

圖13A至圖13D繪示根據某些具體實例製造具有發光層之微型LED像素之過程的實例，這些發光層再生長於藉由過度生長形成之凹坑結構的半極化刻面上。圖13A展示其上形成有過度生長遮罩層1320之基板1310。如上文所描述，基板1310可包括例如其上形成有緩衝層的GaN基板或藍寶石基板。遮罩層1320可包括經圖案化介電層（例如，SiO ₂層），該經圖案化介電層包括孔洞1322之陣列。為形成較小凹坑結構，諸如水平線性尺寸為約或小於500 nm之倒金字塔形結構，遮罩層1320中之孔洞1322可具有直徑為約或小於例如200 nm或100 nm之多邊形或圓形形狀。為形成較大凹坑結構，諸如水平線性尺寸為約或大於500 nm之倒金字塔形結構，遮罩層1320中之孔洞1322可具有多邊形（例如，六邊形）形狀，其中多邊形（例如，六邊形）之各邊在基板1310之六方晶格結構之c平面與六個m平面中之一m平面的相交處。舉例而言，孔洞1322之各側壁可與基板1310之m平面對準。

圖13B展示根據某些具體實例之經由過度生長遮罩層1320生長於基板1310上之半導體結構1330。半導體結構1330可使用適合技術，諸如上文所描述之MBE或MOCVD過程磊晶生長於基板1310上。磊晶生長可首先經由孔洞1322發生，且可接著側向延伸。半導體結構1330可包括例如n摻雜GaN。當遮罩層1320中之孔洞1322具有上文所描述之大小、形狀及側壁位向時，歸因於過度生長過程之較佳生長平面，透過孔洞1322於基板1310之暴露區域上的磊晶生長可自然地形成截棱錐形半導體結構1330。各截棱錐之側壁可與半極化平面，諸如(11 2) s2平面或(10 1) s5平面對準。鄰近半導體結構1330可形成具有倒金字塔形狀的凹坑結構1332。

圖13C展示遮罩層1340可形成於半導體結構1330上。遮罩層1340可為經圖案化介電層（例如SiO ₂層）且可用作遮罩層以供後續再生長過程。遮罩層1340可覆蓋截棱錐形半導體結構1330之頂部表面，使得在後續再生長過程期間僅暴露截棱錐形半導體結構1330之側壁（或倒金字塔形凹坑結構1332之側壁）。

圖13D展示主動層1350（例如，一或多個InGaN量子井層及GaN障壁層）、視情況選用之EBL 1360及p摻雜半導體層1370（例如，p摻雜GaN層）可磊晶生長於如上文所描述之倒金字塔形凹坑結構1332的半極化刻面上。因此，微型LED子像素可形成於各凹坑結構1332中。如上文所描述，p接點、p側鏡以及接合墊可形成於微型LED子像素上，且微型LED晶圓可接合至CMOS底板。

在具有緩衝層之藍寶石基板上生長的GaN層可具有約1×10 ⁸cm ^-2之穿透錯位密度（threading dislocation density；TDD）。磊晶生長於具有半極化生長表面之基板上的半極化微型LED的晶體品質可劣於生長於具有c平面生長表面之基板上的c平面微型LED，且可具有較高穿透錯位密度及較多基礎堆疊錯誤。當穿透錯位與生長表面相交時，其可能干擾過度生長過程。因此，藍寶石基板上之較厚緩衝層可用於使得穿透錯位可聚結，其可使生長於緩衝層上之主動層中的晶體品質更佳。然而，較厚緩衝層亦可增加磊晶層中之應力，其可導致可使得晶圓接合及後續處理更具有挑戰性的較高晶圓彎曲或變形。在使用上文關於圖13A至圖13D所描述之過程形成的半極化微型LED子像素中，薄緩衝層可為足夠的，此係因為穿透錯位可藉由遮罩層1320遮蔽且因此將不與倒金字塔形凹坑結構之刻面相交以用於主動層過度生長。因此，即使緩衝層較薄，使用本文揭示之技術製造的半極化微型LED亦可在主動區中具有更佳磊晶層品質。

圖14繪示根據某些具體實例避免發光層中之穿透錯位的實例，這些發光層再生長於藉由過度生長形成之凹坑1432的半極化刻面上。在所說明之實例中，可藉由遮罩層1420在基板1410（或基板上之緩衝層）上生長半導體結構1430。歸因於基板1410或緩衝層中之穿透錯位，半導體結構1430中可存在穿透錯位1440。穿透錯位1440可與半導體結構1430的頂部表面相交。然而，在由鄰近半導體結構1430形成之凹坑1432的區域中，穿透錯位可由遮罩層1420遮蔽且因此可不與其中可生長主動層之凹坑1432的刻面相交。因此，主動層之磊晶生長可不受穿透錯位干擾。

圖15A至圖15G繪示根據某些具體實例製造具有發光層之多色微型LED像素之過程的實例，這些發光層生長於摻雜半導體材料層1520（例如，n摻雜GaN層）中形成之凹坑結構的半極化刻面上。圖15A係在基板1510上之摻雜半導體材料層1520之區域1502中製造的藍色微型LED子像素之實例的俯視圖。圖15B係在摻雜半導體材料層1520之區域1502中製造的藍色微型LED子像素之實例的橫截面圖。在所說明實例中，經圖案化遮罩層1530可形成於摻雜半導體材料層1520上。在摻雜半導體材料層1520之區域1502上，遮罩層1530可包括孔洞陣列。在摻雜半導體材料層1520之區域1504上，遮罩層1530可為固體遮罩層。遮罩層1530可包括介電層，諸如SiO ₂層或SiN層。可使用上文例如關於圖10A至圖11F及圖13A至圖13D所描述之材料及技術在摻雜半導體材料層1520之區域1502中製造藍色微型LED子像素。各微型LED子像素可形成於摻雜半導體材料層1520中之凹坑中，且可包括如上文所描述之主動層1540、EBL層1550及反向摻雜半導體層1560（例如，p摻雜GaN層）。歸因於摻雜半導體材料層1520之區域1504上的固體遮罩層，無微型LED子像素可形成於區域1504中。

圖15C係藉由用介電層1570覆蓋區域1502中的藍色微型LED子像素且在摻雜半導體材料層1520之區域1504中形成凹坑1522而形成之裝置的實例的俯視圖。在一些具體實例中，遮罩層1530可包括SiN，且介電層1570可包括SiO ₂。區域1504上之遮罩層1530可經圖案化以包括孔洞陣列。圖15D及圖15E係分別為摻雜半導體材料層1520的區域1502及區域1504中之圖15C之裝置的橫截面圖。在所說明之實例中，介電層1570可沈積於區域1502中之藍色微LED子像素上以防止磊晶層在藍色微LED子像素上再生長，如圖15D中所示。區域1504中之遮罩層1530可經圖案化且可用以在摻雜半導體材料層1520中蝕刻凹坑1522，如圖15E中所展示。

圖15F係包含區域1502中之藍色微型LED子像素及摻雜半導體材料層1520之區域1504中之綠色微型LED子像素的裝置之實例之俯視圖。圖15G係使用上文所描述之技術及材料形成於摻雜半導體材料層1520之區域1504中的綠色微型LED子像素之橫截面圖。各綠色微型LED子像素可包括生長於凹坑1522之刻面上的主動層1542、EBL 1552及p摻雜GaN層1562。在主動層1542、EBL 1552以及p摻雜GaN層1562生長期間，區域1502中之藍色微型LED子像素可由介電層1570覆蓋，且因此用於綠色微型LED子像素的磊晶層可不在區域1502中生長。在區域1504中生長主動層1542、EBL 1552及p摻雜GaN層1562之後，可移除介電層1570且可在如上文所描述之藍色微型LED子像素及綠色微型LED子像素上形成及圖案化p接觸層、p側鏡層及接合材料層。包括藍色微型LED子像素及綠色微型LED子像素（或藍色微型LED像素及綠色微型LED像素）之LED晶圓可隨後接合至CMOS底板，如上文所描述。

圖16包括繪示根據某些具體實例製造具有發光層之微型LED像素之過程的實例之流程圖1600，這些發光層形成於半導體材料層中形成之凹坑結構的半極化刻面上。應注意，圖16中所說明之操作提供用於製造微型LED之特定過程。亦可根據替代具體實例執行其他操作序列。舉例而言，替代具體實例可以不同次序執行操作。此外，圖16中所繪示之個別操作可包括多個子操作，這些子操作可以如適於個別操作之各種序列執行。此外，可取決於特定應用添加或移除一些操作。在一些實施方式中，可並行地執行兩個或更多個操作。所屬技術領域中具有通常知識者將認識到許多變化、修改及替代方案。

流程圖1600之方塊1610中的操作可包括在第一摻雜半導體層中形成複數個凹坑結構。第一摻雜半導體層可包括例如n摻雜GaN層。在一些具體實例中，複數個凹坑結構中之各者之特徵可在於倒金字塔形狀。在一些具體實例中，倒金字塔之基底的線性尺寸可大於約500 nm，基底可為多邊形形狀，且多邊形之各邊可處於第一摻雜半導體層的c平面與m平面之間的相交處。在一些具體實例中，複數個凹坑結構之各凹坑結構之特徵可在於小於500 nm（例如，小於約200 nm或約100 nm）之最大水平線性尺寸，且凹坑結構之基底可為圓形或多邊形形狀。在一些具體實例中，凹坑結構之側壁與第一摻雜半導體層之c平面之間的角度可介於50°與75°之間或介於58°與66°之間，諸如約58°或約62°。

在一些具體實例中，在第一摻雜半導體層中形成複數個凹坑結構可包括在第一摻雜半導體層上形成蝕刻遮罩層，及使用蝕刻遮罩層蝕刻第一摻雜半導體層以在第一摻雜半導體層中形成凹坑結構，如上文關於例如圖10A至圖11D所描述。蝕刻遮罩層可包括孔洞陣列，其中孔洞陣列中之各孔洞的側壁可相對於第一摻雜半導體層之c平面傾斜，且孔洞陣列中之各孔洞的特徵可在於圓形或多邊形形狀。在一些具體實例中，多邊形形狀之邊可在第一摻雜半導體層的c平面與m平面之間的相交處。在一些具體實例中，蝕刻遮罩層之孔洞的側壁與第一摻雜半導體層之c平面之間的角度可介於約50°與約75°之間或介於約58°與66°之間，諸如約58°或約62°。

在一些具體實例中，在第一摻雜半導體層中形成複數個凹坑結構可包括在基板或緩衝層上形成包括孔洞陣列之過度生長遮罩層，及透過孔洞陣列生長第一摻雜半導體層，其中透過孔洞陣列生長之半導體結構的側壁可形成複數個凹坑結構。孔洞陣列中之各孔洞的特徵可在於圓形或多邊形形狀。在一些具體實例中，多邊形形狀的邊可在基板或緩衝層的c平面與m平面之間的相交處。在一些具體實例中，孔洞陣列之各孔洞之線性尺寸可小於約500 nm、小於約200 nm或小於約100 nm。

方塊1620中之操作可包括使用第一遮罩層僅在凹坑結構之側壁上生長主動層，其中第一遮罩層可覆蓋第一摻雜半導體層之其他區域且僅暴露凹坑結構，使得主動層可僅生長於凹坑結構之側壁上。在一些具體實例中，第一遮罩層可為用於蝕刻複數個凹坑結構之蝕刻遮罩層。主動層可包括障壁層及配置以發射光之一或多個量子井層。舉例而言，主動層可包括GaN障壁層及一或多個InGaN量子井層。MBE、MOCVD或其他技術可用於生長主動層。視情況，在方塊1625中，電子阻擋層可磊晶生長於主動層上。

方塊1630中之操作可包括在主動層（或電子阻擋層）上生長第二摻雜半導體層，其中第二摻雜半導體層可至少部分地在凹坑結構中。第二摻雜半導體層可包括例如p摻雜GaN層。各凹坑結構處之第一摻雜半導體層、主動層及第二摻雜半導體層可形成微型LED子像素。在一些具體實例中，第二摻雜半導體層可完全填充複數個凹坑結構。

在一些具體實例中，如關於例如圖15A至圖15G所描述，方塊1610至1630中之操作可首先在第一摻雜半導體層之第一組區域中執行以製造發射第一波長範圍內之光（例如，藍光）的微型LED子像素，且可接著在第一摻雜半導體層之第二組區域中執行以製造發射第二波長範圍內之光（諸如，綠光）的微型LED子像素。

在一些具體實例中，額外層，諸如接觸層、鏡層及接合層可形成且圖案化於微型LED子像素上，且接著包括微型LED子像素之晶圓可接合至CMOS底板，該CMOS底板包括用於驅動及控制微型LED子像素之驅動電路，如上文關於例如圖11G至圖11J所描述。

舉例而言，在方塊1640中，可在第二摻雜半導體層上形成且圖案化接觸層（例如，ITO層）及鏡層（例如，金屬或導電DBR層）。在方塊1650中，可在鏡層上形成且圖案化接合層（例如金屬層）以在微型LED晶圓上形成接合墊。在一些具體實例中，接合墊之間的區域可包括介電材料，諸如SiO ₂。因此，微型LED晶圓上之接合層可包括接合墊及介電材料。在一些具體實例中，微型LED晶圓上之接觸層、鏡層及/或接合墊可經圖案化，使得多個微型LED子像素可電性連接在一起以形成可獨立控制之微型LED像素。在一些具體實例中，微型LED晶圓上之各微型LED子像素可具有其自身接合墊，該接合墊不電短接至微型LED晶圓上之其他微型LED子像素的接合墊。

方塊1660中之操作可包括將微型LED晶圓之接合層接合至CMOS底板之接合層。CMOS底板之接合層可包括金屬接合墊陣列，其中兩個鄰近金屬接合墊之間的間隙可大於微型LED子像素之接合墊的線性尺寸。在微型LED晶圓上之各微型LED子像素具有不電短接至微型LED晶圓上之其他微型LED子像素的接合墊的其自身接合墊之具體實例中，微型LED晶圓及CMOS底板可接合而無需對準，此係因為CMOS底板上之鄰近金屬接合墊將不連接至同一微型LED子像素。在一些具體實例中，微型LED晶圓及CMOS底板可使用下文關於例如圖18A至圖18D所描述之混合接合技術接合。

在一些具體實例中，在接合之後，微型LED晶圓之基板可經移除，且光提取結構（例如，粗糙表面、光柵或微透鏡）可形成於接合結構之發光表面上，諸如經暴露第一摻雜半導體層之表面上。

圖17A繪示根據某些具體實例之用於LED陣列之晶粒至晶圓接合之方法的實例。在圖17A中所展示之實例中，LED陣列1701可包括載體基板1705上之複數個LED 1707。載體基板1705可包括各種材料，諸如GaAs、InP、GaN、AlN、藍寶石、SiC、Si或其類似者。LED 1707可藉由例如在執行接合之前生長各種磊晶層、形成台面結構及形成電接點或電極來製造。磊晶層可包括各種材料，諸如GaN、InGaN、(AlGaIn)P、(AlGaIn)AsP、(AlGaIn)AsN、(Eu:InGa)N、(AlGaIn)N或類似者，且可包括n型層、p型層及主動層，該主動層包括一或多個異質結構，諸如一或多個量子井或MQW。電接點可包括各種導電材料，諸如金屬或金屬合金。

晶圓1703可包括基底層1709，該基底層上製造有被動或主動積體電路（例如，驅動器電路1711)。基底層1709可包括例如矽晶圓。驅動器電路1711可用於控制LED 1707之操作。舉例而言，用於各LED 1707之驅動器電路可包括具有兩個電晶體及一個電容器之2T1C像素結構。晶圓1703亦可包括接合層1713。接合層1713可包括各種材料，諸如金屬、氧化物、介電質、CuSn、AuTi及其類似者。在一些具體實例中，圖案化層1715可形成於接合層1713之表面上，其中圖案化層1715可包括由諸如Cu、Ag、Au、Al或類似者之導電材料製成的金屬柵格。

LED陣列1701可經由接合層1713或圖案化層1715接合至晶圓1703。舉例而言，圖案化層1715可包括由諸如CuSn、AuSn或奈米多孔Au之各種材料製成的金屬墊或凸塊，這些金屬墊或凸塊可用以將LED陣列1701中之LED 1707與晶圓1703上之對應驅動器電路1711對準。在一個實例中，可使LED陣列1701朝向晶圓1703，直至LED 1707與對應於驅動器電路1711之各別金屬墊或凸塊接觸。LED 1707中之一些或所有可與驅動器電路1711對準，且可接著藉由各種接合技術，諸如金屬至金屬接合技術經由圖案化層1715接合至晶圓1703。在LED 1707已接合至晶圓1703之後，載體基板1705可自LED 1707移除。

圖17B繪示根據某些具體實例之用於LED陣列之晶圓至晶圓接合之方法的實例。如圖17B中所展示，第一晶圓1702可包括基板1704、第一半導體層1706、主動層1708及第二半導體層1710。基板1704可包括各種材料，諸如GaAs、InP、GaN、AlN、藍寶石、SiC、Si或類似者。第一半導體層1706、主動層1708及第二半導體層1710可包括各種半導體材料，諸如GaN、InGaN、(AlGaIn)P、(AlGaIn)AsP、(AlGaIn)AsN、(AlGaIn)Pas、(Eu:InGa)N、(AlGaIn)N或類似者。在一些具體實例中，第一半導體層1706可為n型層，且第二半導體層1710可為p型層。舉例而言，第一半導體層1706可為n摻雜GaN層（例如，摻雜有Si或Ge），且第二半導體層1710可為p摻雜GaN層（例如，摻雜有Mg、Ca、Zn或Be）。主動層1708可包括例如一或多個GaN層、一或多個InGaN層、一或多個AlInGaP層及類似者，其可形成一或多個異質結構，諸如一或多個量子井或MQW。

在一些具體實例中，第一晶圓1702亦可包括接合層。接合層1712可包括各種材料，諸如金屬、氧化物、介電質、CuSn、AuTi及其類似物。在一個實例中，接合層1712可包括p接點及/或n接點（圖中未示）。在一些具體實例中，其他層亦可包括於第一晶圓1702上，諸如基板1704與第一半導體層1706之間的緩衝層。緩衝層可包括各種材料，諸如多晶GaN或AlN。在一些具體實例中，接觸層可在第二半導體層1710與接合層1712之間。接觸層可包括用於向第二半導體層1710及/或第一半導體層1706提供電接觸的任何合適材料。

第一晶圓1702可經由接合層1713及/或接合層1712接合至包括如上文所描述之驅動器電路1711及接合層1713的晶圓1703。接合層1712與接合層1713可由相同材料或不同材料製成。接合層1713及接合層1712可為實質上平坦的。第一晶圓1702可藉由各種方法接合至晶圓1703，這些方法諸如金屬至金屬接合、共晶接合、金屬氧化物接合、陽極接合、熱壓縮接合、紫外線（ultraviolet；UV）接合及/或融合接合。

如圖17B中所展示，第一晶圓1702可接合至晶圓1703，其中第一晶圓1702之p側（例如，第二半導體層1710）面朝下（即，面向晶圓1703）。在接合之後，可自第一晶圓1702移除基板1704，且可接著自n側處理第一晶圓1702。舉例而言，該處理可包括形成用於個別LED之某些台面形狀，以及形成對應於個別LED之光學組件。

圖18A至圖18D繪示根據某些具體實例的用於LED陣列之混合接合之方法的實例。混合接合通常可包括晶圓清潔及激活、一個晶圓之接點與另一晶圓之接點的高精度對準、介電材料在室溫下在晶圓之表面處的介電接合，及藉由在高溫下退火而進行的接點之金屬接合。圖18A展示基板1810，其上製造有被動或主動電路1820。如上文關於圖17A至圖17B所描述，基板1810可包括例如矽晶圓。電路1820可包括用於LED陣列之驅動器電路。接合層可包括藉由電互連件1822連接至電路1820之介電區域1840及接觸墊1830。接觸墊1830可包括例如Cu、Ag、Au、Al、W、Mo、Ni、Ti、Pt、Pd或類似者。介電區域1840中之介電材料可包括SiCN、SiO ₂、SiN、Al ₂O ₃、HfO ₂、ZrO ₂、Ta ₂O ₅或其類似物。接合層可使用例如化學機械拋光來進行平坦化及拋光，其中平坦化或拋光可能造成接觸墊中之凹陷（碗狀輪廓）。接合層之表面可藉由例如離子（例如，電漿）或快速原子（例如，Ar）射束1805來清潔及活化。經活化表面可經原子級清潔且可在晶圓例如在室溫下接觸時為反應性的以用於在晶圓之間形成直接接合。

圖18B繪示包括如上文所描述製造於其上之微型LED 1870陣列的晶圓1850。晶圓1850可為載體晶圓，且可包括例如GaAs、InP、GaN、AlN、藍寶石、SiC、Si或類似者。微型LED 1870可包括磊晶生長於晶圓1850上之n型層、主動區及p型層。磊晶層可包括上文所描述之各種III-V族半導體材料，且可自p型層側處理以蝕刻磊晶層中之台面結構，諸如實質上垂直結構、拋物線形結構、圓錐結構或類似者。鈍化層及/或反射層可形成於台面結構之側壁上。p接點1880及n接點1882可形成於沈積於台面結構上之介電材料層1860中，且可分別與p型層及n型層進行電接觸。介電材料層1860中之介電材料可包括例如SiCN、SiO ₂、SiN、Al ₂O ₃、HfO ₂、ZrO ₂、Ta ₂O ₅或其類似物。p接點1880及n接點1882可包括例如Cu、Ag、Au、Al、W、Mo、Ni、Ti、Pt、Pd或其類似者。p接點1880、n接點1882及介電材料層1860之頂部表面可形成接合層。接合層可使用例如化學機械拋光來平坦化及拋光，其中拋光可能造成p接點1880及n接點1882中之凹陷。接合層可接著藉由例如離子（例如，電漿）或快速原子（例如，Ar）射束1815來清潔及活化。經活化表面可經原子級清潔且在晶圓例如在室溫下接觸時為反應性的以用於在晶圓之間形成直接接合。

圖18C繪示用於接合接合層中之介電材料的室溫接合過程。舉例而言，在包括介電區域1840及接觸墊1830之接合層以及包括p接點1880、n接點1882及介電材料層1860之接合層經表面活化之後，可使晶圓1850及微型LED 1870倒置且使其與基板1810及形成於其上之電路接觸。在一些具體實例中，可將壓縮壓力1825施加至基板1810及晶圓1850，使得接合層彼此壓靠。歸因於表面活化及接點中之凹陷，介電區域1840及介電材料層1860可由於表面吸引力而直接接觸，且可進行反應且在其間形成化學鍵，此係因為表面原子可具有懸鍵且在活化之後可處於不穩定能態。因此，可在具有或不具有熱處理或壓力之情況下將介電區域1840及介電材料層1860中之介電材料接合在一起。

圖18D繪示用於在接合接合層中之介電材料之後接合接合層中之接點的退火過程。舉例而言，接觸墊1830及p接點1880或n接點1882可藉由在例如約180℃至400℃或更高溫度下進行退火而接合在一起。在退火過程期間，熱量1835可使接點比介電材料膨脹更多（歸因於熱膨脹係數不同），且因此可閉合接點之間的凹陷間隙，使得接觸墊1830及p接點1880或n接點1882可接觸且可在經活化表面處形成直接金屬接合。

在兩個經接合晶圓包括具有不同熱膨脹係數（coefficient of thermal expansion；CTE）之材料的一些具體實例中，在室溫下接合之介電材料可幫助減少或防止由不同熱膨脹造成的接觸墊之未對準。在一些具體實例中，為了進一步減少或避免接觸墊在退火期間在高溫下之未對準，可在接合之前經由基板中之部分或所有或類似者在微型LED之間、在微型LED群組之間形成溝槽。

在微型LED接合至驅動器電路之後，其上製造有微型LED之基板可經薄化或移除，且各種次級光學組件可經製造於微型LED之發光表面上，以例如提取、準直及重新導向自微型LED之主動區發射的光。在一個實例中，微透鏡可形成於微型LED上，其中各微透鏡可對應於各別微型LED，且可幫助改良光提取效率且使由微型LED發射之光準直。在一些具體實例中，次級光學組件可經製造於基板或微型LED之n型層中。在一些具體實例中，次級光學組件可製造於沈積於微型LED之n型側上的介電層中。次級光學組件之實例可包括透鏡、光柵、抗反射（antireflection；AR）塗層、稜鏡、光子晶體或類似者。

圖19繪示根據某些具體實例的其上製造有次級光學組件之LED陣列1900的實例。可藉由使用上文關於例如圖17A至圖18D所描述之任何合適接合技術將LED晶片或晶圓與包括製造於其上之電路的矽晶圓接合來製造LED陣列1900。 在圖19中所展示之實例中，可使用如上文關於圖18A至圖18D所描述之晶圓至晶圓混合接合技術來接合LED陣列1900。LED陣列1900可包括基板1910，該基板可為例如矽晶圓。諸如LED驅動器電路之積體電路1920可製造於基板1910上。積體電路1920可藉由互連件1922及接觸墊1930連接至微型LED 1970之p接點1974及n接點1972，其中接觸墊1930可與p接點1974及n接點1972形成金屬接合。基板1910上之介電層1940可藉由熔融接合而接合至介電層1960。

LED晶片或晶圓之基板（圖中未示）可經薄化或可經移除以暴露微型LED 1970之n型層1950。各種次級光學組件，諸如球面微透鏡1982、光柵1984、微透鏡1986、抗反射層1988及其類似物可形成於n型層1950之頂部中或上。舉例而言，可使用灰階遮罩及對暴露光具有線性回應之光阻劑，或使用藉由經圖案化光阻層之熱回焊形成之蝕刻遮罩在微型LED 1970之半導體材料中蝕刻球面微透鏡陣列。亦可使用類似光微影技術或其他技術在沈積於n型層1950上之介電層中蝕刻次級光學組件。舉例而言，微透鏡陣列可藉由使用二元遮罩圖案化之聚合物層的熱回焊而形成於聚合物層中。聚合物層中之微透鏡陣列可用作次級光學組件或可用作蝕刻遮罩以用於將微透鏡陣列之分佈轉移至介電層或半導體層中。介電層可包括例如SiCN、SiO ₂、SiN、Al ₂O ₃、HfO ₂、ZrO ₂、Ta ₂O ₅或其類似者。在一些具體實例中，微型LED 1970可具有多個對應次級光學組件，諸如微透鏡及抗反射塗層、在半導體材料中蝕刻之微透鏡及在介電材料層中蝕刻之微透鏡、微透鏡及光柵、球面透鏡及非球面透鏡，以及其類似者。圖19中繪示三個不同次級光學組件以展示可形成於微型LED 1970上之次級光學組件之一些實例，此未必暗示針對各LED陣列同時使用不同次級光學組件。

本文中所揭示之具體實例可用以實施人工實境系統之組件，或可結合人工實境系統實施。人工實境係在呈現給使用者之前已以某一方式調整之實境形式，其可包括例如虛擬實境、擴增實境、混合實境、混雜實境或其某一組合及/或衍生物。人工實境內容可包括完全產生之內容或與所擷取之（例如，真實世界）內容組合之所產生內容。人工實境內容可包括視訊、音訊、觸覺回饋或其某一組合，且其中之任一者可在單一通道中或在多個通道中呈現（諸如，對觀看者產生三維效應之立體聲視訊）。另外，在一些具體實例中，人工實境亦可與用以例如在人工實境中產生內容及/或以其它方式用於人工實境中（例如，在其中執行活動）之應用程式、產品、配件、服務或其某一組合相關聯。提供人工實境內容之人工實境系統可實施於各種平台上，包括連接至主機電腦系統之HMD、獨立式HMD、行動裝置或計算系統或能夠將人工實境內容提供至一或多個觀看者之任何其他硬體平台。

圖20係用於實施本文中所揭示之實例中之一些的實例近眼顯示器（例如，HMD裝置）之實例電子系統2000的簡化方塊圖。電子系統2000可用作上文所描述之HMD裝置或其他近眼顯示器的電子系統。在此實例中，電子系統2000可包括一或多個處理器2010及記憶體2020。處理器2010可經組配以執行用於在數個組件處執行操作之指令，且可為例如適合於在攜帶型電子裝置內實施的通用處理器或微處理器。處理器2010可與電子系統2000內之複數個組件以通信方式耦接。為了實現此通信耦接，處理器2010可跨越匯流排2040與其他所繪示之組件通信。匯流排2040可為經調適以在電子系統2000內傳輸資料之任一子系統。匯流排2040可包括複數個電腦匯流排及額外電路系統以傳輸資料。

記憶體2020可耦接至處理器2010。在一些具體實例中，記憶體2020可提供短期儲存及長期儲存兩者，且可劃分成若干單元。記憶體2020可為揮發性的，諸如靜態隨機存取記憶體（static random access memory；SRAM）及/或動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory；DRAM），及/或為非揮發性的，諸如唯讀記憶體（read-only memory；ROM）、快閃記憶體及類似者。此外，記憶體2020可包括可移式儲存裝置，諸如安全數位（secure digital；SD）卡。記憶體2020可提供電腦可讀取指令、資料結構、程式模組及用於電子系統2000之其他資料的儲存。在一些具體實例中，記憶體2020可分佈至不同硬體模組中。指令集及/或程式碼可儲存於記憶體2020上。這些指令可呈可由電子系統2000執行之可執行程式碼之形式，及/或可呈原始程式碼及/或可安裝程式碼之形式，該原始程式碼及/或可安裝程式碼在電子系統2000上編譯及/或安裝於該電子系統上（例如，使用多種常用的編譯器、安裝程式、壓縮/解壓公用程式等中之任一者）後，可呈可執行程式碼之形式。

在一些具體實例中，記憶體2020可儲存複數個應用程式模組2022至2024，這些應用程式模組可包括任何數目之應用程式。應用程式之實例可包括遊戲應用程式、會議應用程式、視訊播放應用程式或其他合適之應用程式。應用程式可包括深度感測功能或眼動追蹤功能。應用程式模組2022至2024可包括待由處理器2010執行之特定指令。在一些具體實例中，應用程式模組2022至2024之某些應用程式或部分可由其他硬體模組2080執行。在某些具體實例中，記憶體2020可另外包括安全記憶體，其可包括額外安全控制以防止對安全資訊之複製或其他未授權存取。

在一些具體實例中，記憶體2020可包括加載在其中之作業系統2025。作業系統2025可操作以起始執行由應用模組2022至2024提供之指令及/或管理其他硬體模組2080，以及與可包括一或多個無線收發器之無線通信子系統2030介接。作業系統2025可經調適以跨越電子系統2000之組件執行其他操作，包括執行緒處理、資源管理、資料儲存控制及其他類似功能性。

無線通信子系統2030可包括例如紅外線通信裝置、無線通信裝置及/或晶片組（諸如，Bluetooth®裝置、IEEE 802.11裝置、Wi-Fi裝置、WiMax裝置、蜂巢式通信設施等）及/或類似通信介面。電子系統2000可包括作為無線通信子系統2030之部分或作為耦接至該系統之任何部分的單獨組件的用於無線通信之一或多個天線2034。取決於所要功能性，無線通信子系統2030可包括獨立收發器以與基地收發器台及其他無線裝置及存取點通信，其可包括與諸如無線廣域網路（wireless wide-area network；WWAN）、無線區域網路（wireless local area network；WLAN）或無線個人區域網路（wireless personal area network；WPAN）之不同資料網路及/或網路類型通信。WWAN可為例如WiMax（IEEE 802.16）網路。WLAN可為例如IEEE 802.11x網路。WPAN可為例如藍芽網路、IEEE 802.15x或一些其他類型之網路。本文中所描述之技術亦可用於WWAN、WLAN及/或WPAN之任何組合。無線通信子系統2030可准許與網路、其他電腦系統及/或本文中所描述之任何其他裝置交換資料。無線通信子系統2030可包括用於使用天線2034及無線鏈路2032傳輸或接收諸如HMD裝置之識別符、位置資料、地理地圖、熱度圖、相片或視訊之資料的構件。無線通信子系統2030、處理器2010及記憶體2020可一起包含用於執行本文所揭示之一些功能的構件中之一或多者之至少一部分。

電子系統2000之具體實例亦可包括一或多個感測器2090。感測器2090可包括例如影像感測器、加速計、壓力感測器、溫度感測器、近接感測器、磁力計、陀螺儀、慣性感測器（例如，組合加速計與陀螺儀之模組）、環境光感測器、或可操作以提供感測輸出及/或接收感測輸入之任何其他類似模組，諸如深度感測器或位置感測器。舉例而言，在一些實施方式中，感測器2090可包括一或多個慣性量測單元（IMU）及/或一或多個位置感測器。IMU可基於自位置感測器中之一或多者接收到之量測信號來產生校準資料，該校準資料指示相對於HMD裝置之初始位置的HMD裝置之所估計位置。位置感測器可回應於HMD裝置之運動生成一或多個量測信號。位置感測器之實例可包括但不限於一或多個加速計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力計、偵測運動之另一合適類型的感測器、用於IMU之誤差校正的一種類型之感測器或其任何組合。位置感測器可位於IMU外部、IMU內部或其任何組合。至少一些感測器可使用結構化光圖案以進行感測。

電子系統2000可包括顯示模組2060。顯示模組2060可為近眼顯示器，且可以圖形方式將來自電子系統2000之資訊，諸如影像、視訊及各種指令呈現給使用者。此類資訊可源自一或多個應用程式模組2022至2024、虛擬實境引擎2026、一或多個其他硬體模組2080、其組合，或用於為使用者解析圖形內容（例如，藉由作業系統2025）之任何其他合適的構件。顯示模組2060可使用LCD技術、LED技術（包括例如OLED、ILED、μ-LED、AMOLED、TOLED等）、發光聚合物顯示（light-emitting polymer display；LPD）技術或某一其他顯示技術。

電子系統2000可包括使用者輸入/輸出模組2070。使用者輸入/輸出模組2070可允許使用者將動作請求發送至電子系統2000。動作請求可為進行特定動作之請求。舉例而言，動作請求可為開始或結束應用程式或執行該應用程式內之特定動作。使用者輸入/輸出模組2070可包括一或多個輸入裝置。實例輸入裝置可包括觸控螢幕、觸控板、麥克風、按鈕、撥號盤、開關、鍵盤、滑鼠、遊戲控制器，或用於接收動作請求及將所接收動作請求傳達至電子系統2000之任何其他合適裝置。在一些具體實例中，使用者輸入/輸出模組2070可根據自電子系統2000接收到之指令將觸覺回饋提供至使用者。舉例而言，可在接收到動作請求或已進行動作請求時提供觸覺回饋。

電子系統2000可包括攝影機2050，該攝影機可用以拍攝使用者之相片或視訊，例如用於追蹤使用者之眼睛位置。攝影機2050亦可用以拍攝環境之相片或視訊，例如用於VR、AR或MR應用程式。攝影機2050可包括例如具有數百萬或數千萬個像素之互補金屬氧化物半導體（complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS）影像感測器。在一些實施方式中，攝影機2050可包括可用以擷取3D影像之兩個或更多個攝影機。

在一些具體實例中，電子系統2000可包括複數個其他硬體模組2080。其他硬體模組2080中之各者可為電子系統2000內之實體模組。雖然其他硬體模組2080中之各者可經永久配置為結構，但其他硬體模組2080中之一些可經暫時配置以執行特定功能或暫時被啟動。其他硬體模組2080之實例可包括例如音訊輸出及/或輸入模組（例如，麥克風或揚聲器）、近場通信（near field communication；NFC）模組、充電電池、電池管理系統、有線/無線電池充電系統等。在一些具體實例中，其他硬體模組2080之一或多個功能可實施於軟體中。

在一些具體實例中，電子系統2000之記憶體2020亦可儲存虛擬實境引擎2026。虛擬實境引擎2026可執行電子系統2000內之應用程式，且自各種感測器接收HMD裝置之位置資訊、加速度資訊、速度資訊、預測未來位置或者其任何組合。在一些具體實例中，由虛擬實境引擎2026接收之資訊可用於產生信號（例如，顯示指令）至顯示模組2060。舉例而言，若所接收之資訊指示使用者已看向左側，則虛擬實境引擎2026可為HMD裝置產生反映使用者在虛擬環境中之移動的內容。另外，虛擬實境引擎2026可回應於自使用者輸入/輸出模組2070接收到之動作請求而執行應用程式內之動作，並將回饋提供至使用者。所提供回饋可為視覺、聽覺或觸覺回饋。在一些實施方式中，處理器2010可包括可執行虛擬實境引擎2026之一或多個GPU。

在各種實施方式中，上文所描述之硬體及模組可實施於單個裝置或可使用有線或無線連接彼此通信之多個裝置上。舉例而言，在一些實施方式中，諸如GPU、虛擬實境引擎2026及應用程式（例如，追蹤應用程式）之一些組件或模組可實施於控制台上，該控制台與頭戴式顯示裝置分離。在一些實施方式中，一個控制台可連接至或支援超過一個HMD。

在替代性配置中，不同及/或額外組件可包括於電子系統2000中。類似地，組件中之一或多者的功能性可按不同於上文所描述之方式分佈在組件當中。舉例而言，在一些具體實例中，電子系統2000可經修改以包括其他系統環境，諸如AR系統環境及/或MR環境。

上文所論述之方法、系統及裝置為實例。在適當時，各種具體實例可省略、取代或添加各種程序或組件。舉例而言，在替代性配置中，可按不同於所描述次序之次序執行所描述之方法，及/或可添加、省略及/或組合各種階段。此外，可在各種其他具體實例中合併關於某些具體實例所描述之特徵。可以類似方式組合具體實例之不同態樣及元件。並且，技術發展，且因此許多元件為實例，這些實例並不將本發明之範圍限制於彼等特定實例。

在本說明中給出特定細節以提供具體實例之徹底理解。然而，可在無特定細節之情況下實踐各種具體實例。舉例而言，已展示熟知之電路、過程、系統、結構及技術，而無不必要細節以免混淆具體實例。本說明書僅提供實例具體實例，且並不意欲限制本發明之範圍、適用性或配置。實際上，具體實例之前述描述將為所屬領域中具通常知識者提供能夠實施各種具體實例之描述。可在不脫離本發明之精神及範圍的情況下對元件之功能及佈置作出各種改變。

並且，將一些具體實例描述為描繪為流程圖或方塊圖之過程。儘管各者可將操作描述為依序過程，但操作中之許多者可並行地或同時執行。此外，可重新佈置操作之次序。過程可具有未包括於圖式中之額外步驟。此外，可由硬體、軟體、韌體、中間軟體、微碼、硬體描述語言或其任何組合實施方法之具體實例。當實施於軟體、韌體、中間軟體或微碼中時，用以執行相關聯任務之程式碼或碼段可儲存於諸如儲存媒體之電腦可讀取媒體中。處理器可執行相關任務。

所屬技術領域中具有通常知識者將顯而易見，可根據特定要求作出實質變化。舉例而言，亦可使用自訂或專用硬體，及/或可以硬體、軟體（包括攜帶型軟體，諸如小程式等）或此兩者實施特定元件。此外，可採用至其他計算裝置（諸如，網路輸入/輸出裝置）之連接。

參考附圖，可包括記憶體之組件可包括非暫時性機器可讀取媒體。術語「機器可讀取媒體」及「電腦可讀取媒體」可指參與提供使機器以特定方式操作之資料的任何儲存媒體。在上文提供之具體實例中，各種機器可讀取媒體可涉及將指令/程式碼提供至處理單元及/或其他裝置以供執行。另外或替代地，機器可讀取媒體可用以儲存及/或攜載此類指令/程式碼。在許多實施方式中，電腦可讀取媒體係實體及/或有形儲存媒體。此媒體可呈許多形式，包括但不限於非揮發性媒體、揮發性媒體及傳輸媒體。電腦可讀取媒體之常見形式包括例如磁性及/或光學媒體，諸如光碟（compact disk；CD）或數位多功能光碟（digital versatile disk；DVD）；打孔卡；紙帶；具有孔圖案之任何其他實體媒體；RAM；可程式化唯讀記憶體（programmable read-only memory；PROM）；可抹除可程式化唯讀記憶體（erasable programmable read-only memory；EPROM）；FLASH-EPROM；任何其他記憶體晶片或卡匣；如下文中所描述之載波或可供電腦從中讀取指令及/或程式碼之任何其他媒體。電腦程式產品可包括程式碼及/或機器可執行指令，這些程式碼及/或機器可執行指令可表示程序、函式、子程式、程式、常式、應用程式（App）、次常式、模組、軟體套件、類別或者指令、資料結構或程式陳述式之任何組合。

熟習此項技術者應瞭解，用以傳達本文中所描述之訊息的資訊及信號可使用多種不同技術及技藝中之任一者來表示。舉例而言，可貫穿以上描述提及之資料、指令、命令、資訊、信號、位元、符號及晶片可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁性粒子、光場或光學粒子或其任何組合表示。

如本文中所使用，術語「及」及「或」可包括多種含義，這些含義亦預期至少部分地取決於使用此類術語之上下文。通常地，「或」若用以關聯清單，諸如，A、B或C，則意欲意謂A、B及C（此處以包括性意義使用），以及A、B或C（此處以排它性意義使用）。另外，如本文中所使用，術語「一或多個」可用於以單數形式描述任何特徵、結構或特性，或可用以描述特徵、結構或特性之某一組合。然而，應注意，此僅為說明性實例且所主張之主題不限於此實例。此外，術語「中之至少一者」若用以關聯清單，諸如A、B或C，則可解譯為意謂A、B及/或C之任何組合，諸如A、AB、AC、BC、AA、ABC、AAB及AABBCCC等。

此外，雖然已使用硬體與軟體之特定組合描述某些具體實例，但應認識到，硬體與軟體之其他組合亦為可能的。可僅在硬體中或僅在軟體中或使用其組合來實施某些具體實例。在一個實例中，可藉由電腦程式產品來實施軟體，該電腦程式產品含有電腦程式碼或指令，這些電腦程式碼或指令可由一或多個處理器執行以用於執行本發明中所描述之步驟、操作或程序中之任一者或全部，其中電腦程式可儲存於非暫時性電腦可讀取媒體上。本文中所描述之各種處理程序可以任何組合實施於相同處理器或不同處理器上。

在裝置、系統、組件或模組經描述為配置以執行某些操作或功能之情況下，可例如藉由設計電子電路以執行操作、藉由程式化可程式化電子電路（諸如，微處理器）以執行操作（諸如，藉由執行電腦指令或程式碼，或經程式化以執行儲存於非暫時性記憶體媒體上之程式碼或指令的處理器或核心）或其任何組合來實現此配置。處理程序可使用多種技術進行通信，包括但不限於用於處理程序間通信之習知技術，且不同對處理程序可使用不同技術，或同一對處理程序可在不同時間使用不同技術。

因此，應在說明性意義上而非限制性意義上看待本說明書及圖式。然而，將顯而易見的是，可在不脫離如申請專利範圍中所闡述的更廣泛精神及範圍之情況下對本發明做出添加、減去、刪除以及其他修改及改變。因此，儘管已描述了特定具體實例，但此等具體實例並不意欲為限制性的。各種修改及等效物在以下申請專利範圍之範圍內。

100:人工實境系統環境 110:控制台 112:應用程式商店 114:頭戴裝置追蹤模組 116:人工實境引擎 118:眼動追蹤模組 120,300:近眼顯示器 122:顯示電子件 124:顯示光學件 126:定位器 128:位置感測器 130:眼動追蹤單元 132:慣性量測單元 140:輸入/輸出介面 150:外部成像裝置 200:頭戴式顯示器裝置 220:主體 223:底側 225:前側 227:左側 230:頭部綁帶 305:框架 310:顯示器 330:照明器 340:高解析度攝影機 350a,350b,350c,350d,350e:感測器 400:光學透視擴增實境系統 410,650:投影機 412:光源或像源 414:投影機光學件 415:組合器 420,710,715,1010,1012,1110,1310,1410,1510,1704,1810,1910:基板 430:輸入耦合器 440:輸出耦合器 450:光 460:擴增實境系統 490,590:眼睛 495:眼動區 500,550:近眼顯示器裝置 510,540,642:光源 512,542:紅光發射器 514,544:綠光發射器 516,546:藍光發射器 520:投影光學件 530,580:波導顯示器 532,582:耦合器 560:自由形式光學元件 570:掃描鏡面 600:近眼顯示器系統 610:像源組裝件 620:控制器 630:影像處理器 640:顯示面板 644:驅動器電路 700,705,1707:發光二極體 720,725,740,745:半導體層 730,735,1040,1042,1140,1350,1540,1542,1708:主動層 732:台面側壁 750:重摻雜半導體層 760:導電層 765,785:電接點 770:鈍化層 775,1570,1940,1960:介電層 780,790:接觸層 795:金屬層 810,820,830:曲線 900:III族氮化物半導體材料 910:c平面 920:m平面 930,940,950:半極化平面 1000,1002,1100:微型發光二極體像素 1020,1022,1062:半導體材料層 1024,1026,1122,1432,1522:凹坑 1030,1130,1320,1340,1420,1530:遮罩層 1035,1036,1132:介電材料 1050,1052,1150,1360,1550,1552:電子阻擋層 1060,1560:反向摻雜半導體層 1070,1072,1170:透明導電氧化物層 1080,1082,1180:鏡層 1090,1092,1190:接合材料層 1115:CMOS底板 1120:n摻雜GaN層 1135,1322:孔洞 1160,1370:p摻雜半導體層 1192:金屬插塞 1195:金屬接合墊 1200:微型發光二極體子像素 1330,1430:半導體結構 1332:凹坑結構 1440:穿透錯位 1502,1504:區域 1520:摻雜半導體材料層 1562:p摻雜GaN層 1600:流程圖 1610,1620,1625,1630,1640,1650,1660:方塊 1701,1900:發光二極體陣列 1702:第一晶圓 1703,1850:晶圓 1705:載體基板 1706:第一半導體層 1709:基底層 1710:第二半導體層 1711:驅動器電路 1712,1713:接合層 1715:圖案化層 1805,1815:離子或快速原子射束 1820:被動或主動電路 1822:電互連件 1825:壓縮壓力 1830,1930:接觸墊 1835:熱量 1840:介電區域 1860:介電材料層 1870,1970:微型發光二極體 1880,1974:p接點 1882,1972:n接點 1920:積體電路 1922:互連件 1950:n型層 1982:球面微透鏡 1984:光柵 1986:微透鏡 1988:抗反射層 2000:電子系統 2010:處理器 2020:記憶體 2022-2024:應用程式模組 2025:作業系統 2026:虛擬實境引擎 2030:無線通信子系統 2032:無線鏈路 2034:天線 2040:匯流排 2050:攝影機 2060:顯示模組 2070:使用者輸入/輸出模組 2080:硬體模組 2090:感測器 a1,a2,a3,c:指數 θ:角度

在下文參考以下圖式詳細地描述說明性具體實例。 [圖1]係根據某些具體實例的包括近眼顯示器之人工實境系統環境之實例的簡化方塊圖。 [圖2]係呈用於實施本文中所揭示之一些實例的頭戴式顯示器（head-mounted display；HMD）裝置之形式的近眼顯示器之實例的透視圖。 [圖3]係呈用於實施本文中所揭示之一些實例的一副眼鏡之形式的近眼顯示器之實例的透視圖。 [圖4]繪示根據某些具體實例之包括波導顯示器之光學透視擴增實境系統的實例。 [圖5A]繪示根據某些具體實例之包括波導顯示器之近眼顯示器裝置的實例。 [圖5B]繪示根據某些具體實例之包括波導顯示器之近眼顯示器裝置的實例。 [圖6]繪示根據某些具體實例之擴增實境系統中之像源組裝件的實例。 [圖7A]繪示根據某些具體實例之具有垂直台面結構之發光二極體（LED）的實例。 [圖7B]係根據某些具體實例之具有拋物線形台面結構之LED之實例的橫截面圖。 [圖8]繪示發光二極體之光學發射功率與電流密度之間的關係。 [圖9A]至[圖9E]繪示III族氮化物半導體材料之實例之六方晶格結構中的各種極化、非極化及半極化平面。 [圖10A]繪示根據某些具體實例之包括具有發光層的子像素之微型LED像素的實例，這些發光層形成於半導體材料層中形成之凹坑的半極化刻面上。 [圖10B]繪示根據某些具體實例之包括具有發光層的子像素之微型LED像素的另一實例，這些發光層形成於半導體材料層中形成之凹坑的半極化刻面上。 [圖11A]至[圖11J]繪示根據某些具體實例之製造圖10A至圖10B之微型LED像素的過程之實例。 [圖12]繪示根據某些具體實例之具有發光層之微型LED子像素的實例中之發光區增加，這些發光層形成於半導體材料層中形成之凹坑結構的半極化刻面上。 [圖13A]至[圖13D]繪示根據某些具體實例製造具有發光層之微型LED像素之過程的實例，這些發光層再生長於藉由過度生長形成之凹坑結構的半極化刻面上。 [圖14]繪示根據某些具體實例避免發光層中之穿透錯位的實例，這些發光層再生長於藉由過度生長形成之凹坑結構的半極化刻面上。 [圖15A]至[圖15G]繪示根據某些具體實例製造具有發光層之多色微型LED像素之過程的實例，這些發光層生長於半導體材料層中形成之凹坑結構的半極化刻面上。 [圖16]包括繪示根據某些具體實例製造具有發光層之微型LED像素之過程的實例之流程圖，這些發光層形成於半導體材料層中形成之凹坑結構的半極化刻面上。 [圖17A]繪示根據某些具體實例之用於LED陣列之晶粒至晶圓接合之方法的實例。 [圖17B]繪示根據某些具體實例之用於LED陣列之晶圓至晶圓接合之方法的實例。 [圖18A]至[圖18D]繪示根據某些具體實例之用於LED陣列之混合接合之方法的實例。 [圖19]繪示根據某些具體實例之其上製造有次級光學組件之LED陣列的實例。 [圖20]係根據某些具體實例之近眼顯示器之實例之電子系統的簡化方塊圖。 圖式僅出於說明之目的描繪本發明之具體實例。熟習此項技術者依據以下描述將容易認識到，在不脫離本發明之原理或所主張之權益的情況下，可使用所說明之結構及方法的替代具體實例。 在附圖中，類似組件或特徵可具有相同參考標記。此外，可藉由在參考標記之後加上破折號及在類似組件之間進行區分之第二標記來區分相同類型之各種組件。若在說明書中僅使用第一參考標記，則描述適用於具有相同第一參考標記而與第二參考標記無關的類似組件中之任一者。

1510:基板

1520:摻雜半導體材料層

1530:遮罩層

1542:主動層

1552:電子阻擋層

1562:p摻雜GaN層

Claims (20)

1. 一種發光二極體，其包含： n型半導體層，其包括形成於其中之凹坑結構； 主動層，其僅生長在該凹坑結構之側壁上且配置以發射光；以及 p型半導體層，其在這些主動層上且至少部分地在該凹坑結構中。
2. 如請求項1之發光二極體，其中該凹坑結構之特徵在於倒金字塔形之形狀。
3. 如請求項2之發光二極體，其中： 該倒金字塔形之基底的特徵在於多邊形之形狀；且 該多邊形之各邊係在該n型半導體層之c平面與m平面之相交處。
4. 如請求項1之發光二極體，其中該凹坑結構之特徵在於小於500 nm之最大水平線性尺寸。
5. 如請求項1之發光二極體，其中該凹坑結構之側壁與該n型半導體層之c平面之間的角度介於50°與75°之間。
6. 如請求項5之發光二極體，其中該凹坑結構之該側壁與該n型半導體層之該c平面之間的該角度介於58°與66°之間。
7. 如請求項1之發光二極體，其中這些主動層包括GaN障壁層及一或多個InGaN量子井層。
8. 如請求項1之發光二極體，其進一步包含這些主動層與該p型半導體層之間的電子阻擋層。
9. 一種光源，其包含： 發光二極體陣列，該發光二極體陣列中之各發光二極體包含： n型半導體層，其包括形成於其中之凹坑結構； 主動層，其僅生長在該凹坑結構之側壁上且配置以發射光；以及 p型半導體層，其在這些主動層上且至少部分地在該凹坑結構中。
10. 如請求項9之光源，其中： 該凹坑結構之基底的特徵在於多邊形之形狀；且 該多邊形之各邊係在該n型半導體層之c平面與m平面之相交處。
11. 如請求項9之光源，其中該凹坑結構之基底的特徵在於小於500 nm之最大水平線性尺寸。
12. 如請求項9之光源，其中該凹坑結構之一側壁與該n型半導體層之c平面之間的角度介於50°與75°之間。
13. 如請求項9之光源，其中該發光二極體陣列中之各發光二極體進一步包含： p接點，其耦接至該發光二極體之該p型半導體層； 導電鏡，其耦接至該p接點；以及 接合墊，其電性耦接至該導電鏡及該p接點。
14. 如請求項13之光源，其中該發光二極體陣列中之發光二極體群組的這些p接點、這些導電鏡及這些接合墊電性連接以形成單一像素。
15. 如請求項13之光源，其進一步包含： 底板，其包括形成於其上之驅動電路及金屬接合墊， 其中該發光二極體陣列中之發光二極體群組的這些接合墊電性連接至該底板上之這些金屬接合墊中的相同金屬接合墊。
16. 如請求項9之光源，其中： 該發光二極體陣列中之第一發光二極體群組配置以發射第一波長範圍內之可見光；且 該發光二極體陣列中之第二發光二極體群組配置以發射第二波長範圍內之可見光。
17. 如請求項16之光源，其中該發光二極體陣列中之第三發光二極體群組配置以發射第三波長範圍內之可見光。
18. 一種方法，其包含： 在第一摻雜半導體層中形成複數個凹坑結構； 使用第一遮罩層僅在這些凹坑結構之側壁上生長主動層，這些主動層配置以發射光；以及 在這些主動層上生長第二摻雜半導體層，該第二摻雜半導體層至少部分地在該複數個凹坑結構中。
19. 如請求項18之方法，其中在該第一摻雜半導體層中形成該複數個凹坑結構包含：  在該第一摻雜半導體層上形成蝕刻遮罩層，其中： 該蝕刻遮罩層包括孔洞陣列； 該孔洞陣列中之各孔洞的側壁相對於該第一摻雜半導體層之c平面傾斜；且 該孔洞陣列中之各孔洞的特徵在於圓形或多邊形形狀，其中該多邊形形狀之邊在該第一摻雜半導體層之c平面與m平面的相交處；及 使用該蝕刻遮罩層蝕刻該第一摻雜半導體層以在該第一摻雜半導體層中形成這些凹坑結構。
20. 如請求項18之方法，其中在該第一摻雜半導體層中形成該複數個凹坑結構包含： 在基板或緩衝層上形成第二遮罩層，其中： 該第二遮罩層包括孔洞陣列；且 該孔洞陣列中之各孔洞的特徵在於圓形或多邊形形狀，其中該多邊形形狀之邊在該基板或該緩衝層之c平面與m平面的相交處；及 使該第一摻雜半導體層透過該孔洞陣列生長，其中透過該孔洞陣列生長之半導體結構的側壁形成該複數個凹坑結構。