微型LED装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及微型LED装置及其制造方法。

背景技术

为了将以窄间距排列有多个微型LED的显示器装置实用化，开发将微细的微型LED安装在TFT基板等的安装电路基板上的规定位置的量产技术是必要的。根据以拾取和放置方式(pick-and-place)方式将各个微型LED安装在电路上的技术，将多个微型LED例如以几十μm的间距安装在电路上，需要非常长的作业时间。

专利文献1公开了具备转印至TFT基板上的多个微型LED的显示装置及其制造方法。

专利文献2公开了具备形成有多个LED的GaN晶片、连接有该GaN晶片的背板控制部(TFT基板)的显示装置及其制造方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特表2016-522585号公报

专利文献2：日本专利特表2017-538290号公报

发明内容

本发明所要解决的技术问题

将多个微型LED转印至TFT基板上的方法存在以下问题：若微型LED的尺寸变小，其个数增加，则微型LED相对于TFT基板的对位变得困难。此外，将GaN晶片结合到背板控制部的方法也需要复杂工序，即，将GaN晶片转移到暂时保存的晶片上，并且进一步安装在背板控制部上。

本发明提供一种能够解决上述问题的微型LED装置的新结构及制造方法。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的微型LED装置在例示的实施方式中，包括：晶体生长基板；前板，其被所述晶体生长基板支承，所述前板包括：多个微型LED以及元件分离区域，所述多个微型LED各自具有第一导电型的第一半导体层和第二导电型的第二半导体层，所述元件分离区域位于多个所述微型LED之间，所述元件分离区域具有与所述第二半导体层电连接的至少一个金属插塞；中间层，其被所述前板支承，所述中间层包括：多个第一接触电极以及至少一个第二接触电极，所述多个第一接触电极分别与多个所述微型LED的所述第一半导体层电连接，至少一个所述第二接触电极与所述金属插塞连接；背板，其被所述中间层支承，所述背板包括：电路，所述电路经由多个所述第一接触电极以及至少一个所述第二接触电极与多个所述微型LED电连接，所述电路包括多个薄膜晶体管；以及氮化钛层，其位于所述晶体生长基板与各微型LED的所述第二半导体层之间，所述前板的所述元件分离区域具有填充多个所述微型LED之间的埋入绝缘物，所述埋入绝缘物具有用于所述金属插塞的至少一个通孔，至少一个所述金属插塞具有钛层，所述钛层从所述埋入绝缘物突出并与所述氮化钛层接触。

在一实施方式中，所述氮化钛层的厚度为5nm以上且50nm以下。

在一实施方式中，至少一个所述金属插塞具有与所述第二半导体层接触的氮化钛层。

在一实施方式中，多个所述薄膜晶体管各自具有半导体层，所述半导体层被支承在所述晶体生长基板上的所述前板和/或所述中间层上生长。

在一实施方式中，所述前板的所述元件分离区域具有填充多个所述微型LED之间的埋入绝缘物，所述埋入绝缘物具有用于所述金属插塞的至少一个通孔。

在一实施方式中，所述前板的所述元件分离区域具有分别覆盖多个所述微型LED的侧面的多个绝缘层，在所述元件分离区域内，所述金属插塞填充被多个所述绝缘层包围的空间。

在一实施方式中，所述前板具有平坦表面，所述平坦表面与所述中间层相接。

在一实施方式中，所述中间层包含具有平坦表面的层间绝缘层，所述层间绝缘层具有多个接触孔，多个所述接触孔用于将多个所述第一接触电极和至少一个所述第二接触电极分别与所述电路连接。

在一实施方式中，所述背板的所述电路具有多个金属层，多个所述金属层分别与多个所述第一接触电极和至少一个所述第二接触电极连接，多个所述金属层包括多个所述薄膜晶体管所具有的源极和漏极的至少一方。

在一实施方式中，多个所述第一接触电极分别覆盖多个所述微型LED的所述第一半导体层作为遮光层或反射层发挥功能。

在一实施方式中，各微型LED的所述第二半导体层比所述第一半导体层更接近所述晶体生长基板，各微型LED的所述第二半导体层由多个所述微型LED共用的连续的半导体层形成。

在一实施方式中，多个所述微型LED分别发射可见、紫外或红外的电磁波。

本发明的微型LED装置的制造方法在例示的实施方式中，包括层叠结构体准备工序和背板形成工序，在层叠结构体准备工序中，所述层叠结构体包括：前板，其被晶体生长基板支承，所述前板包括：多个微型LED以及元件分离区域，所述多个微型LED各自具有第一导电型的第一半导体层和第二导电型的第二半导体层，所述元件分离区域，位于多个所述微型LED之间，所述元件分离区域具有与所述第二半导体层电连接的至少一个金属插塞；以及中间层，其被所述前板支承，所述中间层包括：多个第一接触电极以及至少一个第二接触电极，所述多个第一接触电极分别与多个所述微型LED的所述第一半导体层电连接，至少一个所述第二接触电极，与所述金属插塞连接，所述背板形成工序为在所述层叠结构体上形成背板的工序，所述背板具有电路，所述电路经由多个所述第一接触电极以及至少一个所述第二接触电极与多个所述微型LED电连接，所述电路包含多个薄膜晶体管，所述层叠结构体准备工序还包括：在晶体生长基板上形成氮化钛层的工序；在所述晶体生长基板的所述氮化钛层上形成包含所述第一半导体层和所述第二半导体层的半导体层叠结构的工序；通过蚀刻所述半导体层叠结构，在形成有所述元件分离区域的区域形成槽，由此使所述氮化钛层的一部分露出的工序；以及至少在所述槽内，在与所述氮化钛层接触的部分上形成由含有钛的金属构成所述金属插塞的工序，所述背板形成工序包括：在所述层叠结构体上沉积半导体层的工序；以及对所述层叠结构体上的所述半导体层进行图案化的工序。

有益效果

根据本发明的实施方式，提供解决上述问题的微型LED装置及其制造方法。

附图说明

图1A是示出基于本发明的μLED装置1000的一部分的剖视图。

图1B是示出μLED装置1000中的μLED220的配置例的俯视图。

图1C是示出μLED装置1000中的金属插塞24的配置例的俯视图。

图1D是示出μLED装置1000中的金属插塞24的另一配置例的俯视图。

图2是示出μLED装置1000中的第一接触电极31和第二接触电极32的配置例的立体图。

图3是示出μLED装置1000中的电路的一部分的示例的电路图。

图4A是示意性地示出μLED装置1000的制造工序的立体图。

图4B是示意性地示出μLED装置1000的制造工序的立体图。

图4C是示意性地示出μLED装置1000的制造工序的立体图。

图4D是示意性地示出μLED装置1000的制造工序的立体图。

图4E是示意性地示出μLED装置1000的制造工序的立体图。

图4F是示意性地示出μLED装置1000的制造工序的立体图。

图4G是示意性地示出μLED装置1000的制造工序的立体图。

图4H是示意性地示出μLED装置1000的制造工序的立体图。

图5A是示出具备圆柱形μLED220的μLED装置1000的一部分的立体图。

图5B是具备圆柱形μLED220的μLED装置1000的俯视图。

图6是本发明的实施方式中的μLED装置1000A的剖视图。

图7A是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图7B是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图7C是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图7D是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图7E是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图7F是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图8是示出本发明的实施方式中的μLED装置1000A的其他构成例的剖视图。

图9是示出本发明的实施方式中的μLED装置1000A的又一构成例的剖视图。

图10是示出本发明的实施方式中的μLED装置1000A的又一构成例的剖视图。

图11A是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图11B是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图11C是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图11D是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图11E是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图11F是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图12A是示意性地示出本发明的其他实施方式中的μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图12B是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图12C是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图13A是示意性地示出本发明的又一实施方式中的μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图13B是示意性地示出μLED装置1000A的制造工序的剖视图。

图14A是示意性地示出本发明的其他实施方式中的μLED装置1000A的构成的立体图。

图14B是示意性地示出图14A的μLED装置1000A的构成的立体图。

图14C是示意性地示出图14A的μLED装置1000A的构成的剖视图。

图15是示意性地示出μLED装置1000A的其他结构的剖视图。

图16A是示出变形例中的元件分离区域240的构成例的剖视图。

图16B是示出变形例中的元件分离区域240的构成例的俯视图。

图16C是用于说明变形例中的元件分离区域240的制造工序的剖视图。

图16D是用于说明变形例中的元件分离区域240的制造工序的剖视图。

图17是示意性地示出本发明的又一实施方式中的μLED装置1000B的构成的剖视图。

图18A是示意性地示出本发明的又一实施方式中的μLED装置1000C的构成的剖视图。

图18B是示意性地示出图18A的μLED装置1000C的构成的立体图。

图19A是示意性地示出本发明的又一实施方式中的μLED装置1000D的构成的剖视图。

图19B是示意性地示出图19A的μLED装置1000D的结构的立体图。

图20是示意性地示出本发明的又一实施方式中的μLED装置1000E的构成的剖面图。

图21是示意性地示出本发明的又一实施方式中的μLED装置1000F的构成的剖面图。

图22是示意性地示出本发明的又一实施方式中的μLED装置1000G的构成的剖面图。

具体实施方式

<定义>

本发明中的“微型LED”是指具有占有区域的尺寸包含在100μm×100μm的区域内的大小的发光二极管(LED)。微型LED发射的“光”并不限定于可见光，广泛地包含可见光、紫外或红外的电磁波。以下，将“微型LED”标记为“μLED”。

μLED具有第一导电型的第一半导体层和第二导电型的第二半导体层。第一导电型是p型以及n型中的一种，第二导电型是p型以及n型中的另一种。例如在第一导电型为p型时，第二导电型为n型。相反，当第一导电型为n型时，第二导电型为p型。第一半导体层及第二半导体层可以分别具有单层结构或多层结构。典型地，在第一半导体层与第二半导体层之间形成具有至少1个量子阱(或双异质结构)的发光层。

本发明中的“微型LED装置(μLED装置)”是包括多个μLED的装置。有时将μLED装置中的多个μLED称为“μLED阵列”。μLED装置的典型例子是显示装置，但μLED装置不限于显示装置。

<基本构成>

参照图1A以及图1B，说明本发明的μLED装置的基本构成例。图1A是示出μLED装置1000的一部分的剖视图。图1B是示出μLED装置1000中的μLED阵列的配置例的俯视图。图1A所示的μLED装置1000的剖面相当于图1B的A-A线剖面。

μLED装置1000能够具备例如超过100万个的多个μLED。图1A及图1B仅示出μLED装置1000中包含数个μLED的一部分。整个μLED装置1000具备图示的部分为周期性排列的构成。

μLED装置1000包括：晶体生长基板100、被支承在晶体生长基板100上的前板200、被支承在前板200上的中间层300以及被支承在中间层上的背板400。

在附图中，μLED等各构成要素的横向尺寸相对于纵向尺寸的比例未必反映实施方式中的实际的比例。在附图中，以易懂性为优先的比例记载了各构成要素。此外，附图中的各构成要素的朝向对实际制造μLED装置时的朝向以及使用时的朝向没有任何限制。在图1A和图1B中，为供参考，记载有相互正交的X轴、Y轴以及Z轴右手系坐标轴。

<晶体生长基板>

晶体生长基板100是构成μLED的半导体晶体进行外延生长的基板。以下，将这样的晶体生长基板简称为“基板(substrate)”。将产生基板100的晶体生长的面100T称为“上表面”或“晶体生长面”，将基板100的相反侧的面100B称为“下表面”。在本说明书中，不取决于基板100的实际朝向地使用“上表面”及“下表面”的语句。

在本发明的实施方式中可利用的半导体晶体的典型例为氮化镓系化合物半导体。以下，将氮化镓系化合物半导体表示为“GaN”。GaN中的镓(Ga)原子的一部分可以由铝(Al)原子或铟(In)原子取代。将Ga原子的一部分被Al原子取代的GaN表示为“AlGaN”。此外，将Ga原子的一部分被In原子取代的GaN表示为“InGaN”。进而，将Ga原子的一部分被Al原子以及In原子取代的GaN表示为“AlInGaN”或“InAlGaN”。GaN的带隙比AlGaN的带隙小，比InGaN的带隙大。另外，在本发明中，将构成原子的一部分被其他原子置换的氮化镓系化合物半导体统称为“GaN”来表示。在“GaN”中能掺杂n型杂质和/或p型杂质作为杂质离子。导电型为n型的GaN表示为“n-GaN”，导电型为p型的GaN表示为“p-GaN”。关于半导体晶体的生长方法的详情，将在后面说明。

基板100的例子包括蓝宝石基板、GaN基板、SiC基板以及Si基板等。在本发明的实施方式中，基板100是最终的μLED装置1000的构成要素。基板100的厚度例如可以为30μm以上且1000μm以下，优选为500μm以下。基板100的作用成为晶体生长的基底，因此μLED装置1000的刚性也可以由基板100以外的其他刚性部件来弥补。这样的刚性构件例如能够固定于背板400。

从μLED阵列发射的光透过基板100进行显示等的情况下，基板100优选在该光的波长区域由表现高透光性的材料形成。对紫外和可见光的透光性高的材料的例子是蓝宝石和GaN。从μLED阵列发射的光透射背板400进行显示等的情况下，不需要基板100透射该光。本发明的实施方式可以包含使从μLED阵列发射的光透射基板100和背板400双方并在两面进行显示的方式。

也可以在基板100的上表面(晶体生长面)100T上赋予缓和晶格畸变的槽或脊等结构。此外，也可以在基板100的上表面100T形成用于降低晶格畸变的缓冲层。在基板100的下表面100B，也可以形成用于提高从μLED阵列发射并透射基板100的光的取出效率、使光扩散的微细的凹凸。微细的凹凸的例子包含蛾眼结构。蛾眼结构使基板100的下表面100B的有效折射率连续地变化，因此能够使在基板100的下表面100B被反射到基板100内侧的比例(反射率)大幅降低(实质上为零)。

在本发明中，将图1所示的Z轴正方向(箭头的方向)称为“晶体生长方向”或“半导体层叠方向”。此外，也可以将基板100的下表面100B和上表面100T分别称作基板100的“正面”和“背面”。“正面”和“背面”的相对位置关系与μLED装置1000是否是利用透射基板100的光的装置无关。

<前板>

前板200包含多个μLED220、位于多个μLED220之间的元件分离区域240。多个μLED220在与基板100的上表面100T平行的二维平面(XY面)内可排列为行状及列状。如图1A所示，多个μLED220分别具有第一导电型的第一半导体层21和第二导电型的第二半导体层22。第二半导体层22与第一半导体层21相比，位于靠近基板100的位置。

在本发明的实施方式中，各μLED220具有能够独立于其他μLED220发光的发光层23。发光层23位于第一半导体层21与第二半导体层22之间。元件分离区域240具有与第二半导体层22电连接的至少一个金属插塞24。金属插塞24作为μLED220的基板侧电极发挥功能。

第一导电型的第一半导体层21的典型例为n-GaN层。第二导电型的第二半导体层22的典型例为p-GaN层。n-GaN层及p-GaN层无需分别沿与基板100的上表面100T垂直的方向(半导体层叠方向：Z轴正方向)具有相同的组成，可具有多层结构。如上所述，GaN的Ga可由Al和/或In部分地取代。可以进行这种取代以调整GaN的带隙和/或折射率。此外，n型杂质和p型杂质的浓度，即掺杂水平也不需要沿着半导体层叠方向(Z轴正方向)一致。

发光层23的典型例子包括至少一个InGaN阱层。在发光层23包含多个InGaN阱层的情况下，可以在各个InGaN阱层之间配置带隙大于InGaN阱层的GaN势垒层或AlGaN势垒层。InGaN阱层和AlGaN势垒层可以是InAlGaN阱层和InAlGaN势垒层。InGaN阱层的带隙规定发光波长。具体而言，如果设真空中的发光波长为λ[nm]，带隙为Eg[电子伏特：eV]，则λ×Eg＝1240的关系成立。因此，为了发射例如λ＝450nm的蓝色光，InGaN阱层的带隙Eg约为2.76eV。InGaN阱层的带隙可以根据InGaN阱层中的In组成比例来调整。在使用InAlGaN阱层的情况下，同样地，能根据In和Al组成比例调整带隙。在基板100上生长的InGaN阱层中的In组成比例在基板100的整个面具有大致相同的值。因此，在同一基板100上形成的多个μLED220发射具有大致相等的波长的光。

构成各μLED220的上述多个半导体层分别是在基板100上外延生长的单晶的层(外延层)。元件分离区域240由槽状的凹部(以下称为“槽”)界定，该槽状的凹部通过对在基板100上外延生长的多个半导体层进行局部蚀刻而形成。被槽分离的各个μLED220的占有区域，具有包含在100μm×100μm的区域内的大小(例如10μm×10μm的区域)。另外，μLED220的占有区域通过由元件分离区域240划分的第一半导体层21的轮廓规定。

如图1B所示，元件分离区域240包围各个μLED220，将各个μLED220与其他μLED220分离。更具体而言，元件分离区域240将各个μLED220的第一半导体层21以及发光层23与其他μLED220的第一半导体层21以及发光层23电分离或空间分离。

如图1A所示，第二半导体层22可以不对每个μLED220完全分离。在图1A所示的例子中，多个μLED220分别具有的第二半导体层22由一层连续的半导体层形成，且由多个μLED220共用。若一层连续的第二半导体层22被多个μLED220共用，则该第二半导体层22作为对于多个μLED220的第二导电侧的共用电极发挥功能。在各μLED220的第二半导体层22相互分离，且第二半导体层22分别与背板400中第二导电侧的电极(配线)连接的方式中，若在第二导电侧的电极或配线的一部分发生断线不良，则在一部分的μLED220发生通电不良。但是，根据多个μLED220分别具有的第二半导体层22由一层连续的半导体层形成的方式，能够抑制这样的不良的产生。本发明的实施方式不限定于这样的例子。各μLED220的第二半导体层22只要与金属插塞24或后述的TiN缓冲层等适当地连接，则也可以从其他的μLED220的第二半导体层22分离。

在该例子中，元件分离区域240具有填充(fill)多个μLED220之间的埋入绝缘物(embedded insulator)25。埋入绝缘物25具有用于金属插塞24的一个或多个通孔。通孔由构成金属插塞24的金属材料填充。金属插塞24也可以具有层叠不同金属层的结构。

在图1B所示的例子中，离散地配置有多个金属插塞24，但本发明的实施方式不限于这样的例子。多个金属插塞24分别可以具有包围对应的μLED220的环形。此外，金属插塞24既可以如图1C所示那样具有在一个方向平行地延伸的条纹形状，也可以如图1D所示那样是具有格子形状的1个导电体。

金属插塞24不透光。因此，在金属插塞24具有包围各个μLED220的形状的情况(例如具有图1D的形状的情况)下，金属插塞24产生使从各个μLED220发射的光不与从其他μLED220发射的光混合的效果。代替金属插塞24作为这样的遮光构件发挥功能，也可以在元件分离区域240内另外设置包围各个μLED220的遮光构件。这样，元件分离区域240也可以具有将各个μLED220的发光层23与其他μLED220的发光层23光学分离的附加功能。

在本发明的实施方式中，优选前板200的上表面如图1A所示被平坦化。通过使元件分离区域240中的金属插塞24及埋入绝缘物25的上表面的水平与μLED220中的第一半导体层21的上表面的水平大致一致来实现这样的平坦化。

<中间层>

中间层300包括多个第一接触电极31和第二接触电极32(参照图1A)。多个第一接触电极31分别与多个μLED220的第一半导体层21电连接。至少一个第二接触电极32与金属插塞24连接。

图2是示出第一接触电极31以及第二接触电极32的配置例的立体图。在图2中，示出了接触电极31、32的配置例，因此省略了背板400的记载。图2所示的结构仅是μLED装置1000的一部分，如上所述，μLED装置1000的实施方式具备多个μLED220。

图2所示的第二接触电极32经由金属插塞24与第二半导体层22电连接。第二接触电极32的形状及尺寸并不限定于图示的例子。如上所述，由于金属插塞24能够采取多种形状，因此，只要经由金属插塞24与第二半导体层22电连接，则第二接触电极32的配置的自由度高。相对于此，第一接触电极31分别与多个μLED220的第一半导体层21独立地电连接。从垂直于基板100的上表面100T的方向观察时，第一接触电极31的形状及大小无需与第一半导体层21的形状及大小一致。

如上所述，由于前板200的上表面被平坦化，从基板100到第一接触电极31和第二接触电极32的距离，换言之，这些接触电极31、32的“高度”或“水平”彼此相等。这便于使用半导体制造技术来形成后述的背板400。本发明中的“半导体制造技术”包括：沉积半导体、绝缘体或导电体的薄膜的工序；通过光刻和蚀刻工序对薄膜进行图案化的工序。另外，在本说明书中，“被平坦化的表面”是指存在于其表面的凸部或凹部形成的阶差为300nm以下的表面。在优选的实施方式中，该阶差为100nm以下。

再次参照图1A。在图1A所示的例子中，中间层300包括具有平坦表面的层间绝缘层38。层间绝缘层38具有多个接触孔，该多个接触孔用于将第一接触电极31和第二接触电极32分别与背板400的电路连接。接触孔由通孔电极36填充。

在本发明的实施方式中，优选在形成背板400之前的阶段使层间绝缘层38的上表面平坦化。在形成背板400之前或形成途中的工序中，绝缘层的平坦化除了蚀刻以外，还可以优选使用化学机械研磨(CMP)处理。

<背板>

背板400具有在图1A中未图示的电路。电路经由多个第一接触电极31和至少一个第二接触电极32与多个μLED220电连接。电路包含多个薄膜晶体管TFT及其他电路要素。如后所述，TFT各自具有被支承在基板100上的前板200和/或中间层300上生长的半导体层。

图3是当μLED装置1000用作显示装置时子像素的基本等效电路图。显示装置的一个像素可由例如R、G、B等不同颜色的子像素构成。在图3所示的例子中，背板400的电路具有选择用TFT元件Tr1、驱动用TFT元件Tr2、存储电容CH。图3所示的μLED存在于前板200中而不是背板400。

在图3的例子中，选择用TFT元件Tr1连接于数据线DL和选择线SL。数据线DL是传输用于规定要显示的图像的数据信号的配线。数据线DL经由选择用TFT元件Tr1与驱动用TFT元件Tr2的栅极电连接。选择线SL是传输用于控制选择用TFT元件Tr1的导通/截止的信号的配线。驱动用TFT元件Tr2对电源线PL与μLED之间的导通状态进行控制。当驱动用TFT元件Tr2导通时，电流从电源线PL经由μLED流向接地线GL。该电流使μLED发光。即使选择用TFT元件Tr1截止，通过存储电容CH也使驱动用TFT元件Tr2维持在导通状态。

背板400的电路可以包括选择用TFT元件Tr1、驱动用TFT元件Tr2、数据线DL和选择线SL等，但是电路的配置不限于这样的示例。

本实施方式中的μLED装置1000可以单独作为显示装置发挥功能，但也可以使多个μLED装置1000平铺，实现具有更大的显示面积的显示装置。

<制造方法>

接着，说明制造μLED装置1000的方法的基本例子。

首先，如图4A所示，准备具有上表面(晶体生长面)100T的基板100。图4A仅表示沿着与上表面100T平行的平面扩展的基板100的一部分。

如图4B所示，从基板100的上表面100T使包含第二导电型的第二半导体层22、发光层23及第一导电型的第一半导体层21的多个半导体层外延生长。各半导体层是氮化镓系化合物半导体的单晶外延生长层。氮化镓系化合物半导体的生长例如可以采用MOCVD(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition：金属有机沉积)法进行。规定各导电类型的杂质可在晶体生长期间从气相中掺杂。

在基板100上形成包含上述半导体层的半导体层叠结构280之后，如图4C所示，在第一半导体层21上形成掩模M1。掩模M1具有界定元件分离区域240的形状及位置的开口部。换言之，掩模M1界定μLED220的形状及位置。通过从上表面蚀刻半导体层叠结构280中未被掩模M1覆盖的部分，如图4D所示，形成界定元件分离区域240的槽。该蚀刻(台面蚀刻)可以通过例如电感耦合等离子体(ICP)蚀刻法或反应性离子蚀刻(RIE)法来进行。蚀刻的深度以在槽的底部出现第二半导体层22的方式决定。通过蚀刻形成的槽的深度例如可以为0.5μm以上且5μm以下，槽的宽度例如为5μm且以上100μm以下。各个μLED220的横向宽度例如为5μm以上且100μm以下，典型地为15μm。由蚀刻使μLED220的侧面220S露出。换言之，各个μLED220具有蚀刻后的侧面(etched side surfaces)220s。图4E示意性地示出第二半导体层22的上表面附近被蚀刻的状态。

接着，如图4F所示，在形成元件分离区域240后，形成第一接触电极31及第二接触电极32。该例中的元件分离区域240具有埋入绝缘物25和分别设置在埋入绝缘物25的多个通孔内的多个金属插塞24。

如图4G所示，在形成中间层300的层间绝缘层(厚度：例如500nm～1500nm)38后，在层间绝缘层38形成用于将背板400的电路与前板200的μLED220连接的多个接触孔(图4G中未图示)。接触孔形成为到达位于下层的接触电极31、32。接触孔由通孔电极填充。另外，层间绝缘层38的上表面能够通过CMP处理而被平滑化。

如图4H所示，在中间层300上形成背板400。本发明的特征点在于，不是将背板400粘贴在中间层300上，而是通过半导体制造技术将构成背板400的各种电子元件以及配线直接形成在包括前板200以及中间层300的层叠结构体上。其结果，背板400中包含的多个TFT的每一个具有在层叠结构体上生长的半导体层，该层叠结构体由支承于基板100上的前板200和中间层300构成。

如上所述，如果前板200的上表面和中间层300的上表面平坦化，则通过半导体制造技术容易制造包括TFT的背板400。通常，在通过半导体制造技术形成TFT的情况下，需要进行所沉积的半导体层、绝缘层以及金属层的图案化。这种图案化通过伴随曝光的光刻工序来实现。在沉积的半导体层、绝缘层以及金属层的基底上存在大的阶差的情况下，曝光时的焦点不一致，无法实现精度高的微细图案化。在本公开的实施方式中，包括元件分离区域240的整个前板200被平坦化，从而中间层300也被平坦化，利用半导体制造技术容易形成背板400。

在上述的例子中，μLED220的形状大概为长方体，但μLED220的形状如图5A以及图5B所示，可以是圆柱，也可以是六棱柱等多棱柱或椭圆柱。图5A是表示具备圆柱形μLED220的μLED装置的一部分的立体图，图5Β是其俯视图。在图5B所示的例子中，元件分离区域240包括：覆盖各个μLED220的侧面的埋入绝缘物25、填充μLED220之间的空间的金属插塞24。通过该金属插塞24的作用，元件分离区域240能够将从各个μLED220发射的光与从其他μLED220发射的光混合。

<实施方式>

以下，进一步详细说明基于本发明的μLED装置的基本实施方式。

参照图6。本实施方式中的μLED装置1000A是具备与前述基本结构例相同的结构的显示装置。该μLED装置1000A具备：透射紫外和/或可见光的晶体生长基板(以下，称为“基板”)100、形成在基板100上的前板200、形成在前板200上的中间层300、以及形成在中间层300上的背板400。

接着，参照图7至图10，对本实施方式的μLED装置1000A的构成及制造方法的一例进行说明。

首先，参照图7A。在本实施方式中，在MOCVD装置的反应室内放置基板100，供给各种气体，进行氮化镓系化合物半导体(GaN)的外延生长。本实施方式中的基板100例如为厚度约50～600μm的蓝宝石基板。基板100的上表面100T典型地为C面(0001)，但也可以在上表面具有m面、a面、r面等非极性面或半极性面。此外，上表面100T可以从这些晶体面倾斜几度左右。基板100典型地为圆板状，其直径例如可以为1英寸至8英寸。基板100的形状和尺寸不限于该例子，也可以是矩形。此外，也可以使用圆板状的基板100来进行制造工序，最终将基板100的周边切割以加工成矩形形状。此外，也可以使用相对较大的基板100来进行制造工序，最终对一块基板100进行分割来形成多个μLED装置(切单，singulation)。

首先向MOCVD装置的反应室内供给三甲基镓(TMG)或三乙基镓(TEG)以及硅烷(SiH

接着，停止SiH

在形成发光层23后，停止TMI的供给，向载气中添加氮，再开始氢的供给。也可以使生长温度上升至850℃～1000℃，供给三甲基铝(TMA)和作为p型掺杂剂的Mg的原料的双环戊二烯基镁(Cp

接着，如图7B所示，通过对从MOCVD装置的反应室取出的基板100进行光刻和蚀刻工序，除去p-GaN层21p和发光层23的预定区域(形成元件分离区域240的部分，深度：例如1.5μm)，使n-GaN层22n的一部分露出。如后所述，氮化镓系半导体的蚀刻可以使用氯系气体的等离子体进行。

如图7C所示，用埋入绝缘物25填满界定元件分离区域240的空间。埋入绝缘物25的材料和形成方法是任意的。在图示的例子中，埋入绝缘物25的上表面被平坦化，且位于与GaN层21p的上表面相同的水平。

如图7D所示，在埋入绝缘物25的一部分上形成到达n-GaN层22n的贯通孔(通孔)26。该通孔26限定金属插塞24的位置以及形状。通孔26例如具有一边为5μm以上的矩形形状或直径为5μm以上的圆形。此外，通孔26也可以具有容纳金属插塞24的形状，金属插塞24具有例如图1C及图1D所示的形状。

如图7E所示，形成填充通孔26的金属插塞24，使前板200的上表面平坦化。然后，形成第一接触电极31和第二接触电极32。平坦化例如可以通过回蚀、选择生长或剥离等各种工艺来进行。

金属插塞24为了与n-GaN层22n进行欧姆接触，例如可以由钛(Ti)和/或铝(Al)等金属形成。金属插塞24优选在与n-GaN层22n接触的部分具有含Ti的金属层(例如TiN层)。TiN层的存在有助于实现低电阻欧姆接触。TiN层可通过形成与n-GaN层22n接触的Ti层后，例如进行30秒600℃左右的热处理形成。

第一及第二接触电极31、32能够通过金属层的沉积及图案化形成。在第一接触电极31与μLED220的p-GaN层21p之间形成金属-半导体界面。为了实现欧姆接触，第一接触电极31的材料可以从例如铂(Pt)和/或钯(Pd)等金属中选择。在形成Pt或Pd的层(厚度：约50nm)后，例如，可以在350℃以上且400℃以下的温度下进行30秒左右的热处理。如果在与p-GaN层21p直接接触的部分存在Pt或Pd的层，则在该层上也可以层叠其他金属，例如Ti层(厚度：约50nm)和/或Au层(厚度：约200nm)。

也可以在p-GaN层21p的上部形成以相对高浓度掺杂p型杂质的区域。第二接触电极32不与半导体而与金属插塞24电连接。因此，第二接触电极32的材料能够从广的范围选择。第一接触电极31及第二接触电极32可以通过对一张连续的金属层进行图案化形成。该图案化还包括剥离。如果第一接触电极31和第二接触电极32的厚度彼此相等，则后述的TFT40等在背板400上与电路的连接变得容易。

在形成第一以及第二接触电极31、32之后，它们被层间绝缘层(厚度：例如1000nm至1500nm)38覆盖。在某一优选例中，层间绝缘层38的上表面可以通过CMP处理等平坦化。上表面被平坦化的层间绝缘层38的厚度意味着“平均厚度”。

如图7F所示，在层间绝缘层38形成接触孔39。接触孔39用于将背板400的电路与前板200的μLED220电连接。

再次参照图6，下面说明背板400的电路中包含的TFT的结构例以及形成方法。

在图6所示的例子中，TFT40具有：形成在层间绝缘层38上的漏极41和源42；与漏极41和源极42各自的上表面的至少一部分接触的半导体薄膜43；形成在半导体薄膜43上的栅极绝缘膜44；以及形成在栅极绝缘膜44上的栅极45。在图示的例子中，漏极41以及源极42分别通过通孔电极36与第一接触电极31及第二接触电极32连接。这些TFT40的构成要素通过公知的半导体制造技术形成。

半导体薄膜43能够由多晶硅、非晶硅、氧化物半导体以及/或者氮化镓系半导体形成。多晶硅可通过如下方式形成：例如通过薄膜沉积技术将非晶硅沉积在中间层300的层间绝缘膜38上后，用激光束使非晶硅结晶化。这样形成的多晶硅被称为LTPS(Low-Temperature Poly Silicon)。多晶硅在光刻和蚀刻工序中被图案化为所期望的形状。

图6中的TFT40被绝缘层(厚度：例如500nm～3000nm)46覆盖。在绝缘层46设置有未图示的开口孔，能够将TFT40的例如栅极45与外部的驱动器集成电路元件等连接。优选绝缘层46的上表面也被平坦化。背板400的电路可以包括诸如未示出的TFT、电容器和二极管的电路元件。因此，绝缘层46可以具有层叠有多个绝缘层的结构，该情况下的各绝缘层中可以根据需要设置有连接电路元件的通孔电极。此外，在各绝缘层上，根据需要可以形成配线。

本实施方式中的背板400可以具有与公知的背板(例如TFT基板)相同的结构。然而，本发明的背板400具有通过半导体制造技术在位于下层的μLED220上形成的特征。因此，例如TFT40的漏极41以及源极42能够通过对以覆盖前板200的方式堆积的金属层进行图案化形成。这种图案化能够利用光刻技术进行高精度的位置对准。特别是在本实施方式中，由于前板200和/或中间层300均被平坦化，因此可以提高光刻的分辨率。其结果，能够成品率良好且价格低地制造装置，该装置具备例如以20μm以下、极端的例子中为5μm以下的微细间距排列的多个μLED220。

图6示出的TFT40的构成是一个例子。为了便于理解说明，对TFT40的漏极41与第一接触电极31电连接的例子进行了说明，但TFT40的漏极41也可以与背板400内的其他电路元件或配线连接。此外，TFT40的源极42不需要与第二接触电极32电连接。第二接触电极32可与μLED220的n-GaN层22n共同地提供预定电位的配线(例如接地配线)连接。

在本实施方式中，背板400的电路具有分别与第一接触电极31及第二接触电极32连接的多个金属层(作为漏极41及源极42发挥功能的金属层)。此外，在本实施方式中，多个第一接触电极31分别覆盖多个μLED220的p-GaN层21p，作为遮光层或反射层发挥功能。各个第一接触电极31无需全部覆盖μLED220的上表面，即p-GaN层21p的上表面的整体。第一接触电极31的形状、尺寸及位置被确定为实现充分低的接触电阻，且充分地抑制从发光层23发射的光入射到TFT40的槽区域。另外，从发光层23发射的光入射到TFT40的槽区域可以通过将其他金属层配置在适当的位置来实现。

根据本公开的实施方式，在通过用金属插塞24及埋入绝缘物25埋入元件分离区域240来实现的具有平坦的上表面的前板200上，形成具有被平坦化的上表面的中间层300。这些结构(下部结构)作为在其上形成TFT等电路元件的基底起作用。在沉积用于TFT的半导体时或沉积后进行热处理时，上述下部结构例如在350℃以上的温度下被处理。因此，元件分离区域240内的埋入绝缘物25及中间层300中包含的层间绝缘层38优选由即使通过350℃以上的热处理也不会劣化的材料形成。例如，聚酰亚胺和SOG(Spin-on Glass：旋涂玻璃)可以优选使用。

背板400中的电路所包含的TFT的构成不限于上述例子。

图8是示意性地示出TFT的其他例的剖视图。图9是示意性地示出TFT的又一例子的剖视图。

在图8的例子中，TFT40具有：形成在层间绝缘层38上的漏极41、源极42和栅极45；形成在栅极45上的栅极绝缘膜44；以及形成在栅极绝缘膜44上、与漏极41和源极42各自的上表面的至少一部分接触的半导体层43。在图示的例子中，漏极41以及源极42分别通过通孔电极36与第一接触电极31及第二接触电极32连接。

在图9的例子中，TFT40具有：形成在层间绝缘层38上的半导体薄膜43；形成在层间绝缘层38上、分别与半导体层43的一部分接触的漏极41及源极42；形成在半导体薄膜43上的栅极绝缘膜44；以及形成在栅极绝缘膜44上的栅极45。在图示的例子中，漏极41以及源极42分别通过通孔电极36与第一接触电极31及第二接触电极32连接。

TFT40的构成不限于上述例子。在本公开的实施方式中，在形成TFT40的工序的初期阶段，经由中间层300中层间绝缘层38的接触孔39形成与前板200的第一及第二接触电极31、32连接的多个金属层。这些金属层可以为TFT40的漏极41或源极42，但并不限于这些。

本实施方式中的漏极41以及源极42在被平坦化的中间层300中的层间绝缘层38上沉积金属层后，通过光刻以及蚀刻工序被图案化。因此，不会在前板200(中间层300)与后平面400之间产生导致成品率降低的错位。

图10是示意性地示出μLED装置的一部分的剖视图，该μLED装置具有位于基板100与各μLED220的n-GaN层22n之间的氮化钛(TiN)层50。TiN层50的厚度例如可以为5nm以上且20nm以下。TiN层50可以组合由蓝宝石、单晶硅或SiC形成的基板100来适当利用，但基板100不限于这些基板。

TiN层50具有导电性。在本发明的实施方式中，在广范围内排列有多个μLED220，μLED220的n-GaN层22n通过至少1个金属插塞24，连接于背板400的电路。因此，如果相对于从n-GaN层22n流向金属插塞24的电流的电阻成分(薄膜电阻)过高，则导致耗电量的增加。TiN层50在晶体生长时作为缓和晶格失配的缓冲层发挥功能，有助于降低晶体缺陷密度，并且在装置工作时，有助于使上述电阻成分降低。从降低电阻成分并作为基板侧电极发挥功能的观点出发，TiN层50的厚度优选为10nm以上，更优选为12nm以上。另一方面，从使μLED220发射的光透射的观点出发，优选将TiN层50的厚度设为例如20nm以下。

在图10所示的例子中，一层连续的n-GaN层22n(第二半导体层)被多个μLED220共用。但是，n-GaN层22n也可以被每个μLED220分离。在该情况下，界定元件分离区域240的槽的底部到达TiN层50的上表面，金属插塞24与TiN层50接触。由于一片连续的TiN层50被所有的μLED220中的n-GaN层22n电连接，因此确保了金属插塞24与各个μLED220的n-GaN层22n的电导通。在该例子中，TiN层50作为多个μLED220的n侧共用电极而发挥功能。在本发明的实施方式中，由于多个μLED220中的第二导电侧的电极被半导体层或TiN层共用，因此避免了因断线而在一部分的μLED220产生导通不良的问题。

<金属插塞的其他的构成例>

以下，说明元件分离区域中的金属插塞的其他的构成例。

参照图11

首先，如图11A所示，在形成具有界定元件分离区域240的形状、位置以及尺寸的开口部的掩模M1之后，在应该形成元件分离区域240的区域形成槽。该蚀刻例如可以通过电感耦合等离子体(ICP)蚀刻法来进行。具体而言，可以使用Cl

在本发明的实施方式中，由于背板400中包含的TFT及其它构成元件通过半导体制造技术形成在前板200以及中间层300的上层，因此需要使用耐受用于形成这些构成元件的工艺温度的材料来形成前板200和中间层30。例如，埋入绝缘物25、层间绝缘层38、绝缘层46可以由有机材料形成，但该有机材料需要耐受形成背板400的工艺的最高温度。具体而言，在形成TFT的工序中进行例如超过300℃的热处理时，能够由即使在300℃的热处理下也不易劣化的具有耐热性的树脂材料(例如聚酰亚胺)形成埋入绝缘物25、层间绝缘层38和/或绝缘层46。

埋入绝缘物25、层间绝缘层38和绝缘层46不必分别具有单层结构，也可以具有多层结构。多层结构例如可以包含有机材料和无机材料的层叠物(stack)。

接着，如图11B所示，形成具有开口部的掩模M2，该开口部限定在埋入绝缘物25上形成的通孔26的形状、位置和尺寸。掩模M2可以是抗蚀剂掩模。在形成这样的掩模M2之后，例如通过利用电子回旋加速器共振(ECR)等离子体进行各向异性蚀刻，如图11C所示，能够在绝缘物25中埋入贯通孔26地形成。埋入绝缘物25由聚酰亚胺形成时，可以使用氧气的等离子体或添加了CF

在本实施方式中，如图11D所示，不直接除去由抗蚀剂形成的掩模M2，而是通过溅射法等进行Ti的沉积，由此在贯通孔26的底部形成Ti层(厚度：50～150nm，典型地为100nm左右)24A。在掩模M2上也形成Ti层24B。

接着，如图11E所示，通过溅射法等形成Al沉积物(厚度：

在除去掩模M2后进行平坦化的情况下，无论平坦化的前后如何，例如在600℃下进行30秒的短时间退火。如图11F所示，通过该退火，Ti层24A的一部分与n-GaN层22n反应，形成TiN层(厚度：5～50nm)24D。TiN层24D有助于实现对n-GaN层22n的低电阻欧姆接触。

另外，在图11F所示的例子中，虽然在基板100的上表面存在TiN层50，但TiN层50不是必须的。也可以在基板100的上表面设置其他缓冲层。

接着，参照图12至图12C，说明金属插塞24从埋入绝缘物25突出并与n-GaN层22n的凹部接触的μLED装置的结构以及形成方法的例子。

首先，如图12A所示，在要形成元件分离区域240的区域形成槽。

如图12B所示，在形成埋入绝缘物25后，形成具有开口部的掩模M2，该开口部限定在埋入绝缘物25上形成的通孔26的形状、位置和尺寸。使用掩模M2蚀刻埋入绝缘物25后，接着，蚀刻n-GaN层22n以形成凹部22X。这样，形成在比埋入绝缘物25的底部更深的位置具有底部的通孔26。位于埋入绝缘物25的底部与通孔26的底部之间的阶差例如为200nm以上且1000nm以下。另外，埋入绝缘物25的蚀刻和n-GaN层22n的蚀刻可以分别使用适合的不同的蚀刻装置和/或不同的蚀刻气体来进行。

如图12C所示，在通孔26的内壁面以及底面形成Ti层(厚度：

接着，参照图13A以及图13B，说明μLED装置的结构以及形成方法的例子，该μLED装置具有金属插塞24从埋入绝缘物25突出并与TiN层50接触的Ti层24A。

通过与上述方法同样的方法形成图13A所示的通孔26。图13中所示的结构与上述结构的不同之处在于，形成于n-GaN层22n的凹部22X的底部到达TiN层50。换言之，通孔26贯通半导体层到达TiN层50。通孔26优选以其底部露出TiN层50的方式形成，但通孔26也可以贯通TiN层50到达基板100。

接着，如图13B所示，在通孔26的内壁面以及底面形成Ti层24A。然后，通过上述方法，用Al沉积物24C埋入贯通孔26的内部。在Al沉积物24C的形成之前或之后，例如在600℃下进行30秒的短时间退火。通过该退火，Ti层24A的一部分与n-GaN层22n反应，形成TiN层(厚度：5～50nm)24D。TiN层24D形成于n-GaN层22n的凹部22X的侧面。在通孔26的底部，Ti层24A与TiN层50接触。

在该例的变形例中，也可以省略使Ti层24A的一部分变化为TiN层24D的退火。这是因为，在通孔26的底部，在Ti层24A和TiN层50之间实现低电阻欧姆接触。

另外，在图13B所示的例子中，基板100与各μLED220的n-GaN层22n之间需要TiN层50，但在图11F和图12C所示的例子中，TiN层50并非不可或缺的。

上述例子中的金属插塞24的上表面与各μLED220的上表面处于大致相同的水平，因此通过半导体制造技术能够在其上高精度地形成TFT40等电路元件以及微细的配线。

在上述的例子中，使用了填充通孔26的金属插塞24，但如上所述，金属插塞24的形态可能有各种各样。在金属插塞24具有例如图1D所示那样的形状的情况下，被每个μLED220分离n-GaN层22n(第二半导体层)。在该情况下，金属插塞24经由TiN层50与全部的μLED220中的n-GaN层22n电连接。

<元件分离区域的变形例1>

以下，参照图14A至图14C，说明本发明的实施方式中的元件分离区域的变形例。

图14A是示意性地示出在形成元件分离区域240的部分形成了槽的状态的立体图。该构成与图4E所示的构成相同，能够通过相同的方法形成。

图14B是示意性地示出本变形例中的元件分离区域240的结构的图，图14C是示出元件分离区域240的剖面的图。在图示的例子中，在元件分离区域240中不存在埋入绝缘物，相邻的μLED220之间的空间由金属材料填满。该金属材料作为金属插塞250发挥作用。金属插塞250具有与各个μLED220的p-GaN层21p以及n-GaN层22n接触的金属表面层24E。在n-GaN层22n与金属表面层24E之间形成欧姆接触，而p-GaN层21p与金属表面层24E接触的部分具有电阻性或绝缘性。

在图示的例子中，金属插塞250在金属表面层24E以外的部分具有Al沉积物24C。Al沉积物24C可以由其它导电材料形成，也可以由与构成金属表面层24E的金属材料相同的材料形成。

金属表面层24E由能够对n-GaN层22n实现欧姆接触的材料形成。通常，难以在p-GaN层21p与金属之间形成低电阻欧姆接触。此外，在本发明中，通过用于形成槽的蚀刻，对p-GaN层21p的表面带来损伤。因此，p-GaN层21p的表面(μLED220的侧面)与金属表面层24E的界面表现出电阻性或绝缘性，能够形成电流几乎不流动的状态。特别是作为金属表面层24E的材料，通过使用具有比n-GaN层22n的功函数Φn小的功函数Φm的金属(例如Ti)，能够在n-GaN层22n与金属表面层24E之间实现欧姆接触，而在p-GaN层21p与金属表面层24E之间形成高电阻层。

根据本变形例，可以省略在元件分离区域240中形成埋入绝缘物25的工序和在埋入绝缘物25中形成通孔的工序。此外，由于各个μLED220的周围被金属包围，因此还可以得到从各个μLED220的发光层23发射的光不易与从其他μLED220的发光层23发射的光混合的效果。

进而，由于元件分离区域240被金属那样的导电性高的材料填埋，因此还得到在工作时将由μLED220产生的热传导到外部以使散热性提高的效果。

另外，金属插塞250的构成不限于上述的例子，例如也可以具有图15所示那样的层叠构造(上层金属24F以及下层金属24G)。以在上层金属24F和对GaN层21p之间形成高电阻或绝缘性的界面的方式选择上层金属24F的材料。此外，以在下层金属24G与n-GaN层22n之间形成低电阻欧姆接触的方式选择下层金属24G的材料。上层金属24F例如除Al以外，还由Au、Ag、Cu、Mo、Ta、W、Mn等的材料形成。下层金属24G可以由例如Ti，或者含有Ti的合金或含有Ti的化合物形成。

在进行界定元件分离区域240的槽的蚀刻工序中，当进行p-GaN层21p和发光层23的蚀刻时，优选通过调整等离子体的放电条件以及蚀刻气体的种类来降低GaN的蚀刻表面的导电性。为了降低GaN的蚀刻表面的导电性，可以在完成对GaN层21p和发光层23的蚀刻的阶段，对通过蚀刻而露出的表面进行等离子体处理、离子注入或其他方法的改性处理，由此提高表面的电阻性或绝缘性。

<元件分离区域的变形例2>

接着，参照图16至图16D说明本发明的实施方式中的元件分离区域的其他变形例。

图16A和图16B分别是示出变形例中的元件分离区域240的构成例的剖面图和平面图。图16C以及图16D是用于说明本变形例的元件分离区域240的制造工序的剖面图。

如图16A及图16B所示，该例中的金属插塞250包围各微型LED220，并且具有与各微型LED220的p-GaN层21p及n-GaN层22n分离的侧面250S。在图示的例子中，在金属插塞250的侧面250S与各微型LED220的侧面220S之间存在空隙230。空隙的大小，换言之侧面250S与侧面220S的距离在例如500nm以上且15μm以下的范围内。

这样的构成例如能够通过以下说明的方法来制作。

该方法如图16C所示，包括：在晶体生长基板100形成包含p-GaN层21p和n-GaN层22n的半导体层叠结构280的工序；通过蚀刻半导体层叠结构280，在形成有元件分离区域240的区域形成槽，由此使n-GaN层22n的一部分露出的工序。在进行该蚀刻时，使用具有限定槽的开口部的掩模M1。

该方法还包括：如图16D所示，用金属材料埋入沟槽而形成金属插塞250的工序；在半导体叠层结构280上形成规定多个微型LED220的形状及位置的掩模层M3的工序；以及通过对半导体叠层结构280中未被掩模层M3覆盖的部分进行蚀刻，如图16A所示，在各微型LED220的p-GaN层21p及n-GaN层22n与金属插塞250之间形成空隙230的工序。该空隙230也可以被绝缘物埋入。在本实施方式中，掩模层M3不直接被去除，而作为第一接触电极31发挥功能。也可以去除掩模层M3的一部分或全部后形成其它金属层，由此重新形成第一接触电极31。

以下，说明本发明的由μLED装置实现的彩色显示器的实施方式。

<彩色显示器I>

以下，参照图17，说明本发明的实施方式中能够进行全彩色显示的μLED装置1000B的构成例。在图17中，Z轴方向从图1中的Z轴方向反转。对与前述的μLED装置1000A的构成要素对应的构成要素赋予相同的标号，在此不重复这些构成要素的说明。

本实施方式中的μLED装置1000B包括基板100、前板200、中间层300以及背板400。这些要素可以具备上述各种构成。

图17所示的μLED装置1000B还包括将分别从多个μLED220发射的光转换成白色光的荧光体层600、选择性地透射白色光的各颜色成分的彩色滤光片阵列620。滤光片阵列620将荧光体层600夹在中间被支承在基板100上，具有红色滤光片62R、绿色滤光片62G以及蓝色滤光片62B。

在本实施方式中，调整发光层23的组成以及带隙，以使从μLED220的发光层23发射的光具有蓝色的波长(435～485nm)。

荧光体层600的例子可以是含有被称为“量子点”的多个纳米粒子(量子点荧光体)的薄片。量子点荧光体例如可以由CdTe、InP、GaN等半导体形成。量子点荧光体的发出的光的波长根据量子点荧光体的尺寸而变化。被调整成受到激发光发出红光及绿光的量子点分散片可以用作荧光体层600。若使用蓝色的光作为激发这样的荧光体层600的光，则可以从荧光体层600发射出将透射荧光体层600的蓝色的光、通过荧光体层600的量子点转换成红色或绿色的光混合而成的白色光。

量子点荧光体的粒径例如为2nm以上且30nm以下。与粒径超过10μm的通常的荧光体粉末粒子相比，量子点荧光体的粒径显著地小。当μLED220例如以5～10μm左右的窄间距排列时，在粒径超过10μm的荧光体粉末颗粒中，难以进行有效的波长变换。此外，已知如果粉碎通常的荧光体粉末粒子而使粒径小于1μm，则作为荧光体的性能显著降低。

荧光体层600可以主要包含具有使蓝色的光(激发光)瑞利散射的尺寸的散射体。瑞利散射由比激发光的波长小的粒子引起。作为使蓝色的光选择性散射的散射体，可优选使用具有10nm以上且50nm以下的直径(典型地为30nm以下)的氧化钛(TiO

为了使TiO

作为蓝色散射体，也可以使用氧化锌微粒(粒径：例如20nm以上且100nm以下)来代替氧化钛微粒，或者与氧化钛微粒一起使用。由于这种蓝色散射体均匀地分散，因此不易产生方向引起的颜色不均，从而实现视野角特性优异的显示。

根据上述说明可知，本实施方式的μLED装置1000B需要使从μLED220的发光层23发射的光透过。如果基板100的全部或一部分由硅基板形成，则难以激发荧光体层600。本实施方式中的基板100的典型例为蓝宝石基板和GaN基板。这一点在后述的实施方式中是相同的。

滤光片阵列620中的红色滤光片62R、绿色滤光片62G以及蓝色滤光片62B分别配置在与μLED220相对的位置。红色滤光片62R、绿色滤光片62G以及蓝色滤光片62B分别从对应的μLED220发射的光所激发的荧光体层600接收白色光，并分别透过该白色光中包含的红色成分、绿色成分以及蓝色成分。

为了使从各μLED220发射的光高效地入射到对应的红色滤光片62R、绿色滤光片62G以及蓝色滤光片62B中的任一个，优选金属插塞24、250具有包围各个μLED装置1000B的形状。

在滤光片阵列620中，优选红色滤光片62R、绿色滤光片62G以及蓝色滤光片62B之间存在作为黑矩阵发挥功能的部分，该黑矩阵由具有遮光性或吸光性的材料形成。

荧光体层600也可以是层叠(stacked)在滤光片阵列620上的荧光体片。

荧光体层600不必是分散有量子点荧光体的片。也可以通过将量子点荧光体(荧光体粉末)分散于树脂中，在基板100的下表面100B涂布、固化，从而形成荧光体层600。在此情况下，荧光体粉末位于基板100的下表面100B上。

荧光体层600以及滤光片阵列620以外的光学片、保护片或触摸传感器等也可以安装于基板100。这一方面与在后述的其它实施方式中也相同。

<彩色显示器I>

以下，参照图18A以及图18B，说明本发明的实施方式中能够进行全彩色显示的μLED装置1000C的构成例。在图18A中，Z轴方向从图1A中的Z轴方向反转。图18B是μLED装置1000C的立体图。

本实施方式中的μLED装置1000C包括基板100、前板200、中间层300以及背板400。这些要素可以具备上述各种构成。

图示的μLED装置1000C具备堤层(厚度：0.5～3.0μm)640，该堤层被基板100支承，并规定从多个μLED发射的光分别入射的多个像素开口部645。此外，μLED装置1000C包括在堤层640的多个像素开口部645中分别设置的红色荧光体64R、绿色荧光体64G和蓝色散射体64B。红色荧光体64R将由μLED220发射的蓝色光转换为红色光，绿色荧光体64G将由μLED220发射的蓝色光转换为绿色光。蓝色散射体64B散射由μLED220发射的蓝色的光。蓝色散射体64B可设计为具有与从红色荧光体64R或绿色荧光体64G发出的光强度表示的发射角依赖性(例如朗伯分布)相似的发射角依赖性。

在本实施方式中，调整发光层23的组成以及带隙，以使从μLED220的发光层23发射的光具有蓝色的波长(435～485nm)。

图18A所示的例子中，μLED装置1000C具有覆盖堤层640中的像素开口部645的透明保护层650。为了简化，图18B中省略了透明保护层650的记载。在红色荧光体64R和绿色荧光体64G容易因吸湿劣化的情况下，透明保护层650优选发挥密封功能，以使大气中的水分不会对这些荧光体产生不良影响。透明保护层650也可以是有机层及无机层的层叠体。

堤层640例如具有格子形状，可以由分散有炭黑或黑色染料等的遮光材料形成。堤层640能够由感光性材料、丙烯酸、聚酰亚胺等树脂材料、包含低熔点玻璃的浆料、溶胶-凝胶材料(例如SOG)等形成。在由感光性材料形成堤层640时，在基板100的下表面100B涂布感光性材料后，在光刻工序中通过曝光、显影进行图案化，从而在规定位置形成像素开口部645即可。像素开口部645的位置及大小被确定为与μLED220的配置匹配。像素开口部645的尺寸例如可以为10μm×10μm以下。优选红色荧光体64R、绿色荧光体64G以及蓝色散射体64B的粒径为1μm以下。红色荧光体64R及绿色荧光体64G可分别由量子点荧光体适宜地形成。蓝色散射体64B能够由粒径为10nm以上且60nm以下的透明的粉末粒子形成。

蓝色散射体64B可以通过具有粒径为由μLED220发射的蓝色的光的波长(例如约450nm)的10％左右的粒子分散于具有与其折射率(n)相比充分低的折射率的基质材料形成。这样形成的蓝色散射体64B能够使蓝色的光产生瑞利散射。构成蓝色散射体64B的粉末粒子例如可以由氧化钛(n＝2.5～2.7)、氧化铬(n＝2.5)、氧化锆(n＝2.2)、氧化锌(n＝1.95)、氧化铝(n＝1.76)等无机氧化物形成。基质材料的折射率优选比粉末粒子的折射率高0.25以上，例如高0.5以上。

基板100的下表面100B也可以具有作用于由μLED220发射的光的凹凸表面。这样的凹凸表面的存在调整从红色荧光体64R、绿色荧光体64G以及蓝色散射体64B射出的光的发射强度依赖性或基板100的下表面100B的反射率。

<彩色显示器Ⅲ>

以下，参照图19A以及图19B，说明本发明的实施方式中能够进行全彩色显示的μLED装置1000D的构成例。在图19A中，Z轴方向从图1A中的Z轴方向反转。图19B是μLED装置1000D的立体图。

本实施方式中的μLED装置1000D包括基板100、前板200、中间层300以及背板400。这些要素可以具备上述各种构成。

图示的μLED装置1000D具有形成于基板100的多个贯通孔660。这些凹槽660配置成由多个μLED220发射的光分别入射。换言之，各个凹槽660界定像素区域。

μLED装置1000D还包括分别配置在基板100的多个凹槽660中的红色荧光体66R、绿色荧光体66G以及蓝色散射体66B。红色荧光体66R将由μLED220发射的蓝色光转换为红色光，绿色荧光体66G将由μLED220发射的蓝色光转换为绿色光。蓝色散射体66B散射由μLED220发射的蓝色的光。蓝色散射体66B可设计为具有与从红色荧光体66R或绿色荧光体66G发出的光强度表示的发射角依赖性(例如朗伯分布)相似的发射角依赖性。

红色荧光体66R、绿色荧光体66G以及蓝色散射体66B的作用以及材料与前述的μLED装置1000C中的红色荧光体66R、绿色荧光体64G以及蓝色散射体64B的作用以及材料相同。

在本实施方式中，调整发光层23的组成以及带隙，以使从μLED220的发光层23发射的光具有蓝色的波长(435～485nm)。

图19A所示的例子中，μLED装置1000D也具备覆盖凹槽660的透明保护层650。为了简化，图19B中省略了透明保护层650的记载。在红色荧光体66R和绿色荧光体66G容易因吸湿劣化的情况下，透明保护层650优选发挥密封功能，以使大气中的水分不会对这些荧光体产生不良影响。透明保护层650也可以是有机层及无机层的层叠体。

位于μLED装置1000C与μLED装置1000D之间的主要不同点在于：μLED装置1000D的基板1000本身具备收容红色荧光体66R、绿色荧光体66G和蓝色散射体66B的凹部(凹槽660)。

从基板100的下表面100B的法线方向观察时，凹槽660的形状并不限定于矩形，可以是圆、椭圆、三角形和其他多边形等。此外，凹槽660的内壁不必与基板100的下表面100B正交，也可以倾斜。具体而言，也可以由研钵状、棱锥状的凹部构成凹槽660。

凹槽660的深度例如可以为500nm以上且250μm以下。在将基板100的厚度设为T时，凹槽660的深度例如为0.001T以上且0.5T以下，更优选为0.1T以上且0.3T以下。通过使红色荧光体66R、绿色荧光体66G以及蓝色散射体66B位于凹槽660的底部，从而使它们分别到μLED220的发光层23的距离缩短。由此，从μLED220的发光层23发射并分别入射到红色荧光体66R、绿色荧光体66G以及蓝色散射体66B的光束增加。此外，视角特性也得到改善。

根据本实施方式，能够一边较大地维持基板100的厚度以及强度，一边缩短从红色荧光体66R、绿色荧光体66G以及蓝色散射体66B到μLED220的发光层23的距离。

例如，通过用飞秒激光或皮秒激光等超短脉冲激光对基板100的下表面100B进行加工，可形成凹槽660(烧蚀法)。此外，在通过光刻技术在基板100的下表面100B上形成具有限定了凹槽660的形状以及位置的多个开口部的抗蚀剂掩模之后，通过对基板100的下表面100B的露出部分进行蚀刻，也能够形成凹槽660。这样的蚀刻例如可以通过ICP和RIE的组合来实现。

可以在凹槽660的底面和/或侧面形成微细的凹凸。这样的凹凸使光扩散、提高取出效率，因此能够提高图像品质。

<彩色显示器Ⅳ>

以下，参照图20，说明本发明的实施方式中能够进行全彩色显示的μLED装置1000E的构成例。在图20中，Z轴方向从图1A中的Z轴方向反转。对与前述的μLED装置1000A的构成要素对应的构成要素赋予相同的标号，在此不重复这些构成要素的说明。

本实施方式中的μLED装置1000E包括基板100、前板200、中间层300以及背板400。这些要素可以具备上述各种构成。

图20所示的μLED装置1000E还包括将分别从多个μLED220发射的光转换成白色光的荧光体层600X、选择性地透射白色光的各颜色成分的彩色滤光片阵列620。滤光片阵列620将荧光体层600X夹在中间被支承在基板100上，具有红色滤光片62R、绿色滤光片62G以及蓝色滤光片62B。

在本实施方式中，调整发光层23的组成以及带隙，以使从μLED220的发光层23发射的光具有紫外波长(例如365～400nm)或蓝紫色的波长(400nm～420nm，典型地为405nm)。具体而言，将构成发光层23的In

荧光体层600X的例子可以是含有被称为“量子点”的多个纳米粒子(量子点荧光体)的薄片。量子点荧光体例如可以由CdTe、InP、GaN等半导体形成。量子点荧光体的发出的光的波长根据量子点荧光体的尺寸而变化。被调整成受到激发光发出红光、绿光以及蓝光的量子点分散片可以用作荧光体层600X。若使用紫外或者蓝紫色光作为激发这样的荧光体层600的光，则可以从荧光体层600X发射出在荧光体层600X的量子点混合从激发光转换为红色、绿色或者蓝色的光而形成的白色光。

量子点的荧光体分散于由有机树脂、低熔点玻璃等无机材料或有机材料和无机材料的混合材料形成的基质内使用。分散的荧光体的量(重量比率)按蓝、绿、红的顺序变少。

某例中的量子点荧光体具有核-壳结构。核可以由例如CdS、InP、InGaP、InN、CdSe、GaInN或ZnCdSe形成。尤其是在得到波长360nm～460nm的发光的情况下，可以优选使用由CdS形成核的荧光体。在由CdS形成核的情况下，若将核的粒径在4.0nm～7.3nm的范围内调整，则能够得到波长440nm～460nm的蓝光的发光。在由其他材料(InP、InGaP、InN、CdSe)形成核的情况下，例如，能够以蓝光(中心波长475nm)为1.4nm～3.3nm的粒径、绿光(中心波长530nm)为1.7nm～4.2nm的粒径、红光(中心波长630nm)为2.0nm～6.1nm的粒径得到。基于量子效率、粒径等可适当决定由何种材料形成量子点。另外，由In

本实施方式中的μLED装置1000E与前述的μLED装置1000C的不同点在于，从μLED220发射的光(激发光)的波长以及荧光体的构成。在其它方面，μLED装置1000E也可以具备与μLED装置1000D的结构相同的结构。

代替将从μLED220发射的光直接用作颜色的三原色之一，在本实施方式中，从μLED220发射的光被用于激发红、绿、蓝各自的荧光体。因此，即使μLED220的发光波长变动或者漂移，也不易发生颜色不均。μLED220的发光波长可以根据发光层23的组成比率、驱动电流的大小、温度等变动。但是，在本实施方式中，由于三原色分别使用量子点的荧光体，因此即使激发光的波长由于上述的原因变动，也几乎不会影响从荧光体发出的光的波长。因此，根据本实施方式，不易产生颜色不均，实现更优异的显示特性。

<彩色显示器V>

以下，参照图21，说明本发明的实施方式中能够进行全彩色显示的μLED装置1000B的构成例。在图21中，Z轴方向从图1中的Z轴方向反转。

本实施方式中的μLED装置1000F包括基板100、前板200、中间层300以及背板400。这些要素可以具备上述各种构成。但是，在本实施方式中，与图20的例子相同地，调整发光层23的组成以及带隙，以使从μLED220的发光层23发射的光具有紫外波长(例如365～400nm)或蓝紫色的波长(400nm～420nm，典型地为405nm)。

图示的μLED装置1000F具备堤层(厚度：0.5～3.0μm)640，该堤层被基板100支承，并界定从多个μLED发射的激发光分别入射的多个像素开口部645。此外，μLED装置1000C包括在堤层640的多个像素开口部645中分别设置的量子点的红色荧光体65R、量子点的绿色荧光体65G和量子点的蓝色荧光体65B。红色荧光体65R将由μLED220发射的激发光转换为红色光，绿色荧光体65G将由μLED220发射的激发光转换为绿色光。蓝色荧光体65B将从μLED220发射的激发光转换为蓝色的光。

各种颜色的量子点荧光体65R、65G、65B可以由对彩色显示器IV的荧光体层600X说明的材料形成。在荧光体层600X中混有将激发光转换为红、绿、蓝的光的量子点荧光体，但在本实施方式中，不同颜色的量子点荧光体65R、65G、65B位于空间分离的区域。

本实施方式中的μLED装置1000F与前述的μLED装置1000D的不同点在于，从μLED220发射的光(激发光)的波长以及荧光体的构成。在其它方面，μLED装置1000F也可以具备与μLED装置1000D的结构相同的结构。

代替将从μLED220发射的光直接用作颜色的三原色之一，在本实施方式中，从μLED220发射的光被用于激发红、绿、蓝各自的荧光体。因此，如上所述，即使μLED220的发光波长发生了变动或者漂移，也不易发生颜色不均，实现更优异的显示特性。

<彩色显示器VI>

以下，参照图22，说明本发明的实施方式中能够进行全彩色显示的μLED装置1000D的构成例。在图22中，Z轴方向从图1中的Z轴方向反转。但是，在本实施方式中，与图20的例子相同地，调整发光层23的组成以及带隙，以使从μLED220的发光层23发射的光具有紫外波长(例如365～400nm)或蓝紫色的波长(400nm～420nm，典型地为405nm)。

本实施方式中的μLED装置1000G包括基板100、前板200、中间层300以及背板400。这些要素可以具备上述各种构成。

图示的μLED装置1000G具有形成于基板100的多个贯通孔660。这些凹槽660配置成由多个μLED220发射的光分别入射。换言之，各个凹槽660界定像素区域。

μLED装置1000G还包括分别配置在基板100的多个凹槽660中的红色荧光体67R、绿色荧光体67G以及蓝色荧光体67B。红色荧光体67R将由μLED220发射的激发光转换为红色光，绿色荧光体67G将由μLED220发射的激发光转换为绿色光。蓝色荧光体65B将从μLED220发射的激发光转换为蓝色的光。

各色的量子点荧光体67R、67G、67B与彩色显示器V的量子点荧光体65R、65G、65B相同。

本实施方式中的μLED装置1000F与前述的μLED装置1000D的不同点在于，从μLED220发射的光(激发光)的波长以及荧光体的构成。在其它方面，μLED装置1000F也可以具备与μLED装置1000D的结构相同的结构。

代替将从μLED220发射的光直接用作颜色的三原色之一，在本实施方式中，从μLED220发射的光被用于激发红、绿、蓝各自的荧光体。因此，如上所述，即使μLED220的发光波长发生了变动或者漂移，也不易发生颜色不均，实现更优异的显示特性。

工业上的可利用性

本发明的实施方式提供新的微型LED装置。微型LED装置在用作显示器的情况，可广泛应用于智能手机、平板终端、车载显示器及中小型至大型的电视机装置。微型LED装置的用途不限于显示器。

附图标记说明

21…第一半导体层、22…第二半导体层、23…发光层、24…金属插塞、25…埋入绝缘物、31…第一接触电极、32…第二接触电极、36…通孔电极、38…层间绝缘层、100…晶体生长基板、200…前板、220…μLED、240…元件分离区域、300…中间层、400…背板、1000…μLED装置