发光二极管阵列的键合的制作方法

发光二极管阵列的键合
1.相关申请的交叉引用
2.本技术根据35 u.s.c.
§
119要求2019年11月18日提交的第62/936,711号美国临时专利申请的优先权，该申请的内容出于所有目的据此通过引用以其整体并入。
3.背景
4.发光二极管(led)将电能转换为光能，并提供许多优于其他光源的优势，例如减小尺寸、改善耐用性和提高效率。led可用作许多显示系统(例如电视、计算机监视器、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、投影系统和可穿戴电子设备)中的光源。基于iii族氮化物半导体(诸如aln、gan、inn等的合金)的微led(“μled”)由于其尺寸小(例如，线性尺寸小于100μm、小于50μm、小于10μm或小于5μm)、高组装密度(packing density)(因此分辨率更高)和高亮度而已开始被开发用于各种显示应用。例如，可以使用发出不同颜色(例如红色、绿色和蓝色)光的微led来形成显示系统(例如电视或近眼显示系统)的子像素。
5.概述
6.本公开总体上涉及用于将发光二极管(led)阵列键合到多个驱动器电路的方法。根据本发明的一个方面，一种方法包括：在第一基底上形成包括多个led的阵列；通过在多个子阵列之间形成多个间隙将阵列分离成多个子阵列；将多个子阵列键合到形成在第二基底上的多个驱动器电路；在多个间隙内形成底部填充物；以及从多个子阵列中移除第一基底。
7.可以在将多个子阵列键合到多个驱动器电路之前形成底部填充物。可替代地，可以在将多个子阵列键合到多个驱动器电路之后形成底部填充物。
8.多个间隙可以通过干法蚀刻形成。多个间隙可在阵列中形成交错图案。多个间隙可以延伸穿过形成多个led的半导体材料。此外，多个间隙可以在移除第一基底之前延伸穿过设置在多个led和第一基底之间的膜。此外，多个间隙可以在第一基底被移除之前延伸穿过第一基底的一部分。
9.多个led可以包括具有第一热膨胀系数的第一材料，第二基底可以包括具有第二热膨胀系数的第二材料，并且第一热膨胀系数可以不同于第二热膨胀系数。此外，第一基底可以具有与第二热膨胀系数匹配的第三热膨胀系数。
10.该方法还可以包括在多个间隙附近施加钝化层。可替代地或附加地，多个子阵列可以经由多个互连件(interconnect)键合到多个驱动器电路。
11.根据本发明的另一方面，一种设备包括具有多个led的阵列，该多个led键合到形成在基底上的多个驱动器电路。该阵列被多个间隙分离成多个子阵列，以及在多个间隙内形成底部填充物。
12.多个间隙可在阵列中形成交错图案。该多个led可以包括具有第一热膨胀系数的第一材料，该基底可以包括具有第二热膨胀系数的第二材料，并且第一热膨胀系数可以不同于第二热膨胀系数。
13.该设备还可以包括与多个间隙相邻的钝化层。可替代地或附加地，该设备还可以包括多个互连件，该多个互连件将多个led连接到多个驱动器电路内的多个驱动器。
14.本概述既不意图标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不意图孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。应当参照本公开内容的整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解主题。下面将在以下说明书、权利要求书和附图中更详细地描述前述内容以及其他特征和示例。
15.附图简述
16.下面参照以下附图详细地描述说明性的实施例。
17.图1是根据某些实施例的包括近眼显示器的人工现实系统环境的示例的简化框图。
18.图2是用于实现本文公开的示例中的一些示例的头戴式显示器(hmd)设备形式的近眼显示器的示例的透视图。
19.图3是用于实现本文公开的示例中的一些示例的一副眼镜形式的近眼显示器的示例的透视图。
20.图4示出了根据某些实施例的包括波导显示器的光学透视增强现实系统(optical see-through augmented reality system)的示例。
21.图5a示出了根据某些实施例的包括波导显示器的近眼显示设备的示例。
22.图5b示出了根据某些实施例的包括波导显示器的近眼显示设备的示例。
23.图6示出了根据某些实施例的增强现实系统中的图像源组件(image source assembly)的示例。
24.图7a示出了根据某些实施例的具有垂直台面结构的发光二极管(led)的示例。
25.图7b是根据某些实施例的具有抛物线型台面结构(parabolic mesa structure)的led的示例的横截面视图。
26.图8a示出了根据某些实施例的用于led阵列的晶片到晶圆键合(die-to-wafer bonding)方法的示例。
27.图8b示出了根据某些实施例的用于led阵列的晶圆到晶圆键合(wafer-to-wafer bonding)方法的示例。
28.图9a-图9d示出了根据某些实施例的用于led阵列的混合键合方法的示例。
29.图10示出了根据某些实施例的具有制造在其上的次级光学部件的led阵列的示例。
30.图11a-图11d示出了根据某些实施例的用于led阵列的组装序列的开始。
31.图12a-图12c示出了根据某些实施例的将led阵列键合到晶圆的方法的示例。
32.图13a-图13d示出了根据某些实施例的用于将led阵列键合到晶圆的方法的示例。
33.图14a-图14g示出了根据某些实施例的用于将多个led阵列键合到晶圆的方法的示例。
34.图15a和图15b示出了根据某些实施例的led阵列内的间隙图案的示例。
35.图16是根据某些实施例的近眼显示器的示例的电子系统的简化框图。
36.附图仅为了说明的目的而描绘本公开的实施例。本领域的技术人员将从以下描述中容易地认识到，在不脱离本公开的原理或所推崇的益处的情况下，可以采用所示结构和方法的替代实施例。
37.在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，可以通过在附
图标记之后用短划线和在相似部件之间进行区分的第二标记来区分相同类型的各种部件。如果在说明书中仅使用第一附图标记，则该描述适用于具有相同第一附图标记的任何一个相似部件，而与第二附图标记无关。
38.详细描述
39.本公开总体上涉及发光二极管(led)。更具体地但没有限制地，本文公开了用于将led阵列键合到多个驱动器电路的技术。本文描述了多个发明实施例，包括设备、系统、方法、材料等。
40.通常期望将led阵列键合到例如驱动器电路的电集成电路(eic)，该电集成电路(eic)形成在晶圆上，该晶圆具有与在其上形成led的基底不同的热膨胀系数(cte)。在组装led阵列期间，可以加热led阵列以便制造金属互连件。此外，在操作期间，led阵列可以生成热能，使得led阵列的温度可以增加。由于led阵列(例如，gan)和晶圆(例如，硅)之间的cte失配，led阵列基底和晶圆在暴露于热时可能经历不同的热膨胀，这可能导致互连件的触点(特别是在led阵列的周边附近)的“偏离(walk-off)”(例如，错位、错接、断开和/或连接不良)。对于具有大led阵列(该大led阵列具有小互连间距和高连接计数)的设备，该效应可能特别明显。
41.根据某些实施例，在基底上形成led阵列，然后通过在子阵列之间形成间隙将该led阵列分离成多个子阵列。提供间隙以允许子阵列的局部热膨胀。不是在大led阵列的边缘附近具有大的偏离，而是间隙允许在每个子阵列的边缘附近有较小的偏离。这可以提供单个led与其相应的驱动器电路的更好的对准。可以在间隙内形成底部填充物，以最小化由于热膨胀引起的移动并提供改善的可靠性。
42.本文描述的led可以与多种技术(例如人工现实系统)结合使用。人工现实系统(例如头戴式显示器(hmd)或平视显示器(hud)系统)通常包括被配置为呈现描绘虚拟环境中的对象的人工图像的显示器。如在虚拟现实(vr)、增强现实(ar)或混合现实(mr)应用中，显示器可以呈现虚拟对象或将真实对象的图像与虚拟对象相结合。例如，在ar系统中，用户可以通过例如，透过透明的显示眼镜或透镜查看(通常称为光学透视)或观看由相机捕获的周围环境的显示图像(通常称为视频透视)，来观看虚拟对象的显示图像(例如，计算机生成的图像(cgi))和周围环境两者。在一些ar系统中，可以使用基于led的显示子系统将人工图像呈现给用户。
43.如本文所用，术语“发光二极管(led)”是指至少包括n型半导体层、p型半导体层以及在n型半导体层和p型半导体层之间的发光区(即，有源区)的光源。发光区可以包括形成一个或更多个异质结构(例如量子阱)的一个或更多个半导体层。在一些实施例中，发光区可以包括形成一个或更多个多量子阱(mqw)的多个半导体层，每个多量子阱包括多个(例如，约2个至6个)量子阱。
44.如本文所用，术语“微led”或“μled”是指具有芯片的led，其中芯片的线性尺寸小于约200μm，诸如小于100μm、小于50μm、小于20μm、小于10μm或更小。例如，微led的线性尺寸可以小到6μm、5μm、4μm、2μm或更小。一些微led可具有与少数载流子(carrier)扩散长度相当的线性尺寸(例如，长度或直径)。然而，本文的公开不限于微led，而且还可以应用于迷你led(mini-led)和大型led。
45.如本文所用，术语“键合”可指用于物理连接和/或电连接两个或更多个器件和/或
晶圆的各种方法，诸如粘合剂键合、金属到金属键合(metal-to-metal bonding)、金属氧化物键合、晶圆到晶圆键合、晶片到晶圆键合、混合键合、焊接、凸点下金属化等。例如，粘合剂键合可以使用可固化粘合剂(例如环氧树脂)通过粘合来物理地键合两个或更多个器件和/或晶圆。金属到金属键合可以包括例如在金属之间使用焊接界面(例如，焊盘(pad)或焊球(ball))、导电粘合剂或焊接接头的引线键合(wire bonding)或倒装芯片键合(flip chip bonding)。金属氧化物键合可以在每个表面上形成金属和氧化物图案，将氧化物部分键合在一起，且然后将金属部分键合在一起以形成导电路径。晶圆到晶圆键合可以在没有任何中间层的情况下键合两个晶圆(例如，硅晶圆或其他半导体晶圆)并且基于两个晶圆的表面之间的化学键。晶圆到晶圆键合可以包括晶圆清洗和其他预处理、在室温下对准和预键合、以及在升高的温度(诸如约250℃或更高)下退火。晶片到晶圆键合可以使用在一个晶圆上的凸点来将预制芯片的特征与晶圆的驱动器对准。混合键合可以包括例如晶圆清洗、一个晶圆的触点与另一晶圆的触点的高精度对准、晶圆内介电材料在室温下的介电键合、以及通过例如在250℃-300℃或更高温度下退火的触点的金属键合。如本文所用，术语“凸点”可泛指在键合期间使用或形成的金属互连件。
46.在以下的描述中，为了解释的目的，阐述了具体细节以便提供对本公开内容的示例的透彻理解。然而，将明显的是，在没有这些具体细节的情况下可以实施各种示例。例如，设备、系统、结构、组件、方法和其他部件可以以框图形式被示出为部件，以避免在不必要的细节上模糊示例。在其他情况下，熟知的设备、过程、系统、结构和技术可以在没有必要细节的情况下被示出，以便避免模糊示例。附图和描述不意图是限制性的。在本公开中使用的术语和表述被用作描述性术语而非限制性的术语，并且在使用这样的术语和表述时不意图排除所示出和描述的特征或其部分的任何等同物。词语“示例”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例”的任何实施例或设计不一定被解释为比其他实施例或设计更优选或更有利。
47.图1是根据某些实施例的包括近眼显示器120的人工现实系统环境100的示例的简化框图。图1所示的人工现实系统环境100可以包括近眼显示器120、可选的外部成像设备150和可选的输入/输出接口140，它们中的每一个都可以耦合到可选的控制台110。尽管图1示出了包括一个近眼显示器120、一个外部成像设备150和一个输入/输出接口140的人工现实系统环境100的示例，但是在人工现实系统环境100中可以包括任意数量的这些部件，或者可以省略这些部件中的任何部件。例如，可以有多个近眼显示器120，这些近眼显示器120由与控制台110通信的一个或更多个外部成像设备150监控。在一些配置中，人工现实系统环境100可以不包括外部成像设备150、可选的输入/输出接口140和可选的控制台110。在替代配置中，人工现实系统环境100中可以包括不同或附加的部件。
48.近眼显示器120可以是向用户呈现内容的头戴式显示器。由近眼显示器120呈现的内容的示例包括以下中的一个或更多个：图像、视频、音频或它们的任何组合。在一些实施例中，音频可以经由外部设备(例如，扬声器和/或耳机)进行呈现，该外部设备从近眼显示器120、控制台110或近眼显示器120和控制台110两者接收音频信息并基于音频信息呈现音频数据。近眼显示器120可以包括一个或更多个刚性主体，该刚性主体可以刚性或非刚性地彼此联接。刚性主体之间的刚性联接可以使所联接的刚性主体充当单个刚性实体。刚性主体之间的非刚性联接可以允许刚性主体相对于彼此移动。在各种实施例中，近眼显示器120
可以以任何合适的形状因子(包括一副眼镜)来被实现。下面参照图2和图3进一步描述近眼显示器120的一些实施例。附加地，在各种实施例中，本文描述的功能可以用在头戴式装置(headset)中，该头戴式装置组合近眼显示器120外部环境的图像和人工现实内容(例如，计算机生成的图像)。因此，近眼显示器120可以用生成的内容(例如，图像、视频、声音等)来增强近眼显示器120外部的物理、现实世界环境的图像，以向用户呈现增强现实。
49.在各种实施例中，近眼显示器120可以包括显示电子器件122、显示光学器件124和眼睛跟踪单元130中的一个或更多个。在一些实施例中，近眼显示器120还可以包括一个或更多个定位器126、一个或更多个位置传感器128和惯性测量单元(imu)132。在各种实施例中，近眼显示器120可以省略以下中的任何一个：眼睛跟踪单元130、定位器126、位置传感器128和imu 132，或者包括附加元件。附加地，在一些实施例中，近眼显示器120可以包括组合了结合图1描述的各种元件的功能的元件。
50.显示电子器件122可以根据从例如控制台110接收的数据向用户显示图像或促进图像的显示。在各种实施例中，显示电子器件122可以包括一个或更多个显示面板，诸如液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)显示器、无机发光二极管(iled)显示器、微发光二极管(μled)显示器、有源矩阵oled显示器(amoled)、透明oled显示器(toled)或某种其他显示器。例如，在近眼显示器120的一个实施方式中，显示电子器件122可以包括前toled面板、后显示面板以及在前显示面板和后显示面板之间的光学部件(例如，衰减器、偏振器或者衍射膜或光谱膜)。显示电子器件122可以包括发射例如红色、绿色、蓝色、白色或黄色的主要颜色(predominant color)的光的像素。在一些实施方式中，显示电子器件122可以通过由二维面板产生的立体效果来显示三维(3d)图像，以创建图像深度的主观感知。例如，显示电子器件122可以包括分别位于用户的左眼和右眼前方的左显示器和右显示器。左显示器和右显示器可以呈现相对于彼此水平偏移的图像的副本，以产生立体效果(即，观看图像的用户对图像深度的感知)。
51.在某些实施例中，显示光学器件124可以(例如，使用光波导和耦合器)光学地显示图像内容，或者放大从显示电子器件122接收的图像光，校正与图像光相关联的光学误差，并将校正后的图像光呈现给近眼显示器120的用户。在各种实施例中，显示光学器件124可以包括一个或更多个光学元件，例如基底、光波导、光圈(aperture)、费涅尔透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器、输入/输出耦合器或者可以影响从显示电子器件122发射的图像光的任何其他合适的光学元件。显示光学器件124可以包括不同光学元件以及机械耦合件的组合，以保持组合中的光学元件的相对间距和定向。显示光学器件124中的一个或更多个光学元件可以具有光学涂层，例如抗反射涂层、反射涂层、滤光涂层或不同光学涂层的组合。
52.显示光学器件124对图像光的放大可以允许显示电子器件122比更大的显示器物理上更小、重量更轻并且消耗更少的功率。附加地，放大可以增加显示内容的视场。显示光学器件124对图像光的放大倍数可以通过调整光学元件、增加光学元件或从显示光学器件124移除光学元件来改变。在一些实施例中，显示光学器件124可以将显示的图像投影到一个或更多个图像平面，所述图像平面可以比近眼显示器120更远离用户的眼睛。
53.显示光学器件124还可以被设计为校正一种或更多种类型的光学误差，诸如二维光学误差、三维光学误差或它们的任意组合。二维误差可以包括二维中出现的光学像差(optical aberration)。二维误差的示例类型可以包括桶形失真、枕形失真、纵向色差和横
向色差。三维误差可以包括三维中出现的光学误差。三维误差的示例类型可以包括球面像差(spherical aberration)、彗形像差(comatic aberration)、像场弯曲(field curvature)和像散(astigmatism)。
54.定位器126可以是相对于彼此并相对于近眼显示器120上的参考点位于近眼显示器120上特定位置的对象。在一些实施方式中，控制台110可以识别由外部成像设备150捕获的图像中的定位器126，以确定人工现实头戴式装置的位置、定向或两者。定位器126可以是led、锥体棱镜(corner cube reflector)、反射标记、与近眼显示器120在其中操作的环境形成对比的一种光源、或者它们的任何组合。在定位器126是有源部件(例如，led或其他类型的发光器件)的实施例中，定位器126可以发射可见光波段(例如，约380nm至750nm)中的光、红外(ir)波段(例如，约750nm至1mm)中的光、紫外波段(例如，约10nm至约380nm)中的光、电磁波谱的另一部分中的光或电磁波谱中各部分的任意组合中的光。
55.外部成像设备150可以包括一个或更多个相机、一个或更多个视频相机、能够捕获包括一个或更多个定位器126的图像的任何其他设备或者它们的任何组合。附加地，外部成像设备150可以包括一个或更多个滤光器(例如，用于提高信噪比)。外部成像设备150可以被配置成检测从外部成像设备150的视场中的定位器126发射或反射的光。在定位器126包括无源元件(例如，回射器(retroreflector))的实施例中，外部成像设备150可以包括照亮一些或所有定位器126的光源，定位器126可以将光回射到外部成像设备150中的光源。可以将慢速校准数据从外部成像设备150传送到控制台110，并且外部成像设备150可以从控制台110接收一个或更多个校准参数，用于调整一个或更多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、传感器温度、快门速度、光圈等)。
56.位置传感器128可以响应于近眼显示器120的运动而生成一个或更多个测量信号。位置传感器128的示例可以包括加速度计、陀螺仪、磁力计、其他运动检测或误差校正传感器、或者它们的任何组合。例如，在一些实施例中，位置传感器128可以包括测量平移运动(例如，向前/向后、向上/向下、或向左/向右)的多个加速度计和测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、或滚动)的多个陀螺仪。在一些实施例中，各个位置传感器可以彼此正交定向。
57.imu 132可以是基于从一个或更多个位置传感器128接收的测量信号生成快速校准数据的电子器件。位置传感器128可位于imu 132的外部、imu 132的内部或它们的任何组合。基于来自一个或更多个位置传感器128的一个或更多个测量信号，imu 132可以生成快速校准数据，该快速校准数据指示相对于近眼显示器120的初始位置的近眼显示器120的估计位置。例如，imu 132可以对从加速度计接收的测量信号在时间上进行积分，以估计速度向量，并且对速度向量在时间上进行积分，以确定近眼显示器120上参考点的估计位置。替代地，imu 132可以向控制台110提供采样的测量信号，控制台110可以确定快速校准数据。虽然参考点通常可以被定义为空间中的点，但是在各种实施例中，参考点也可以被定义为近眼显示器120内的点(例如，imu 132的中心)。
58.眼睛跟踪单元130可以包括一个或更多个眼睛跟踪系统。眼睛跟踪可以指确定眼睛相对于近眼显示器120的位置，包括眼睛的定向和位置。眼睛跟踪系统可以包括对一只或更多只眼睛进行成像的成像系统，并且可以可选地包括光发射器，该光发射器可以生成指向眼睛的光，使得由眼睛反射的光可以被成像系统捕获。例如，眼睛跟踪单元130可以包括发射可见光谱或红外光谱中的光的非相干光源或相干光源(例如，激光二极管)，以及捕获
由用户的眼睛反射的光的照相机。作为另一个示例，眼睛跟踪单元130可以捕获由微型雷达单元发射的反射无线电波。眼睛跟踪单元130可以使用低功率光发射器，其以不会伤害眼睛或引起身体不适的频率和强度发射光。眼睛跟踪单元130可以被布置成提高眼睛跟踪单元130捕获的眼睛图像中的对比度，同时降低眼睛跟踪单元130消耗的总功率(例如，降低由眼睛跟踪单元130中包括的光发射器和成像系统消耗的功率)。例如，在一些实施方式中，眼睛跟踪单元130可以消耗小于100毫瓦的功率。
59.例如，近眼显示器120可以使用眼睛的取向以进行以下操作：确定用户的瞳孔间距(ipd)、确定注视方向、引入深度线索(例如，模糊用户主视线之外的图像)、收集关于vr媒体中的用户交互的启发信息(heuristics)(例如，根据经受的刺激在任何特定主体、对象或帧上花费的时间)、至少部分地基于至少一只用户眼睛的取向的一些其他功能、或它们的任意组合。因为可以确定用户双眼的定向，所以眼睛跟踪单元130可以确定用户正在看哪里。例如，确定用户注视的方向可以包括基于所确定的用户左眼和右眼的定向来确定集合点(point of convergence)。集合点可以是用户眼睛的两个视网膜中央凹轴(foveal axis)相交的点。用户注视的方向可以是穿过集合点和用户眼睛瞳孔之间的中点的线的方向。
60.输入/输出接口140可以是允许用户向控制台110发送动作请求的设备。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。输入/输出接口140可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备可以包括键盘、鼠标、游戏控制器、手套、按钮、触摸屏或用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送到控制台110的任何其他合适的设备。由输入/输出接口140接收的动作请求可以被传送到控制台110，控制台110可以执行对应于所请求动作的动作。在一些实施例中，输入/输出接口140可以根据从控制台110接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求时，或者当控制台110已经执行了所请求的动作并将指令传送给输入/输出接口140时，输入/输出接口140可以提供触觉反馈。在一些实施例中，外部成像设备150可以用于跟踪输入/输出接口140，诸如跟踪控制器(其可以包括例如ir光源)或用户的手的位置或定位以确定用户的运动。在一些实施例中，近眼显示器120可以包括一个或更多个成像设备以跟踪输入/输出接口140，诸如跟踪控制器或用户的手的位置或定位以确定用户的运动。
61.控制台110可以根据从外部成像设备150、近眼显示器120和输入/输出接口140中的一个或更多个接收的信息，向近眼显示器120提供内容以呈现给用户。在图1所示的示例中，控制台110可以包括应用储存器112、头戴式装置跟踪模块114、人工现实引擎116和眼睛跟踪模块118。控制台110的一些实施例可以包括与结合图1描述的模块不同的或附加的模块。下面进一步描述的功能可以以不同于这里描述的方式在控制台110的部件之间分配。
62.在一些实施例中，控制台110可以包括处理器和存储可由处理器执行的指令的非暂时性计算机可读存储介质。处理器可以包括并行执行指令的多个处理单元。非暂时性计算机可读存储介质可以是任何存储器，诸如硬盘驱动器、可移动存储器、或固态驱动器(例如，闪存或动态随机存取存储器(dram))。在各种实施例中，结合图1描述的控制台110的模块可以被编码为非暂时性计算机可读存储介质中的指令，当由处理器执行时，这些指令使得处理器执行下面进一步描述的功能。
63.应用储存器112可以存储用于由控制台110执行的一个或更多个应用。应用可以包括一组指令，该组指令当由处理器执行时生成用于呈现给用户的内容。由应用生成的内容
可以对经由用户眼睛的移动从用户接收的输入或者从输入/输出接口140接收的输入进行响应。应用的示例可以包括：游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。
64.头戴式装置跟踪模块114可以使用来自外部成像设备150的慢速校准信息来跟踪近眼显示器120的移动。例如，头戴式装置跟踪模块114可以使用来自慢速校准信息的观察到的定位器和近眼显示器120的模型来确定近眼显示器120的参考点的位置。头戴式装置跟踪模块114还可以使用来自快速校准信息的位置信息来确定近眼显示器120的参考点的位置。另外，在一些实施例中，头戴式装置跟踪模块114可以使用快速校准信息、慢速校准信息中的部分或它们的任何组合来预测近眼显示器120的未来位置。头戴式装置跟踪模块114可以向人工现实引擎116提供近眼显示器120的估计或预测的未来位置。
65.人工现实引擎116可以在人工现实系统环境100内执行应用，并从头戴式装置跟踪模块114接收近眼显示器120的位置信息、近眼显示器120的加速度信息、近眼显示器120的速度信息、近眼显示器120的预测未来位置或它们的任何组合。人工现实引擎116还可以从眼睛跟踪模块118接收估计的眼睛位置和定向信息。基于接收到的信息，人工现实引擎116可以确定要提供给近眼显示器120用于呈现给用户的内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则人工现实引擎116可以为近眼显示器120生成反映(mirror)用户眼睛在虚拟环境中的移动的内容。附加地，人工现实引擎116可以响应于从输入/输出接口140接收的动作请求来执行在控制台110上执行的应用内的动作，并且向用户提供指示动作已经被执行的反馈。反馈可以是经由近眼显示器120的视觉或听觉反馈，或者经由输入/输出接口140的触觉反馈。
66.眼睛跟踪模块118可以从眼睛跟踪单元130接收眼睛跟踪数据，并基于眼睛跟踪数据确定用户眼睛的位置。眼睛的位置可以包括相对于近眼显示器120或其任何元件的眼睛的定向、位置或两者。因为眼睛的旋转轴根据眼睛在眼窝(socket)中的位置而改变，所以确定眼睛在眼窝中的位置可以允许眼睛跟踪模块118更精确地确定眼睛的定向。
67.图2是用于实现本文公开的示例中的一些示例的hmd设备200形式的近眼显示器的示例的透视图。hmd设备200可以是例如vr系统、ar系统、mr系统或它们的任何组合的一部分。hmd设备200可以包括主体220和头带230。图2以透视图示出了主体220的底侧223、前侧225和左侧227。头带230可以具有可调节或可延伸的长度。在hmd设备200的主体220和头带230之间可以有足够的空间，以允许用户将hmd设备200安装到用户的头上。在各种实施例中，hmd设备200可以包括附加的、更少的或不同的部件。例如，在一些实施例中，hmd设备200可以包括例如如以下图3所示的眼镜腿(eyeglass temple)和镜腿末端(temples tips)，而不是头带230。
68.hmd设备200可以向用户呈现包括具有计算机生成元素的物理、真实世界环境的虚拟和/或增强视图的媒体。hmd设备200呈现的媒体的示例可以包括图像(例如，二维(2d)或三维(3d)图像)、视频(例如，2d或3d视频)、音频或它们的任何组合。图像和视频可以通过封装在hmd设备200的主体220中的一个或更多个显示组件(图2中未示出)呈现给用户的每只眼睛。在各种实施例中，一个或更多个显示组件可以包括单个电子显示面板或多个电子显示面板(例如，用户的每只眼睛一个显示面板)。例如，电子显示面板的示例可以包括lcd、oled显示器、iled显示器、μled显示器、amoled、toled、某种其他显示器或它们的任何组合。hmd设备200可以包括两个视窗区域(eye box region)。
69.在一些实施方式中，hmd设备200可以包括各种传感器(未示出)，例如深度传感器、运动传感器、位置传感器和眼睛跟踪传感器。这些传感器中的一些可以使用结构光图案进行感测。在一些实施方式中，hmd设备200可以包括用于与控制台通信的输入/输出接口。在一些实施方式中，hmd设备200可以包括虚拟现实引擎(未示出)，该虚拟现实引擎可以在hmd设备200内执行应用，并从各种传感器接收hmd设备200的深度信息、位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或它们的任何组合。在一些实施方式中，由虚拟现实引擎接收的信息可以用于向一个或更多个显示组件产生信号(例如，显示指令)。在一些实施方式中，hmd设备200可以包括定位器(未示出，例如定位器126)，定位器相对于彼此和相对于参考点位于主体220上的固定位置。每个定位器可以发射可由外部成像设备检测的光。
70.图3是用于实现本文公开的一些示例的一副眼镜形式的近眼显示器300的示例的透视图。近眼显示器300可以是图1的近眼显示器120的具体实施方式，并且可以被配置用作虚拟现实显示器、增强现实显示器和/或混合现实显示器。近眼显示器300可以包括框架305和显示器310。显示器310可以被配置成向用户呈现内容。在一些实施例中，显示器310可以包括显示电子器件和/或显示光学器件。例如，如上参考图1的近眼显示器120所述，显示器310可以包括lcd显示面板、led显示面板或光学显示面板(例如，波导显示组件)。
71.近眼显示器300还可以包括框架305上或框架305内的各种传感器350a、350b、350c、350d和350e。在一些实施例中，传感器350a-350e可以包括一个或更多个深度传感器、运动传感器、位置传感器、惯性传感器或环境光传感器。在一些实施例中，传感器350a-350e可以包括一个或更多个图像传感器，其被配置为生成表示不同方向上的不同视场的图像数据。在一些实施例中，传感器350a-350e可以用作输入设备来控制或影响近眼显示器300的显示内容，和/或向近眼显示器300的用户提供交互式vr/ar/mr体验。在一些实施例中，传感器350a-350e也可以用于立体成像。
72.在一些实施例中，近眼显示器300可以进一步包括一个或更多个照明器330，以将光投射到物理环境中。投射的光可以与不同的频带(例如可见光、红外光、紫外光等)相关联，并且可以服务于各种目的。例如，照明器330可以在黑暗环境中(或者在具有低强度红外光、紫外光等的环境中)投射光，来帮助传感器350a-350e捕获黑暗环境中不同对象的图像。在一些实施例中，照明器330可以用于将特定的光图案投射到环境中的对象上。在一些实施例中，照明器330可以用作定位器，例如上面参考图1描述的定位器126。
73.在一些实施例中，近眼显示器300还可以包括高分辨率照相机340。照相机340可以捕获视场中的物理环境的图像。所捕获的图像可以例如由虚拟现实引擎(例如，图1的人工现实引擎116)处理，以将虚拟对象添加到所捕获的图像或者修改所捕获的图像中的物理对象，并且所处理的图像可以由用于ar或mr应用的显示器310显示给用户。
74.图4示出了根据某些实施例的包括波导显示器的光学透视增强现实系统400的示例。增强现实系统400可以包括投影仪410和合路器415。投影仪410可以包括光源或图像源412和投影仪光学器件414。在一些实施例中，光源或图像源412可以包括一个或更多个上述微led器件。在一些实施例中，图像源412可以包括显示虚拟对象的多个像素，诸如lcd显示面板或led显示面板。在一些实施例中，图像源412可以包括生成相干光或部分相干光的光源。例如，图像源412可以包括激光二极管、垂直腔面发射激光器、led和/或上述微led。在一些实施例中，图像源412可以包括多个光源(例如，上述微led阵列)，每个光源发射对应于原
色(primary color)(例如，红色、绿色或蓝色)的单色图像光。在一些实施例中，图像源412可以包括三个微led二维阵列，其中每个微led二维阵列可以包括被配置为发射原色(例如，红色、绿色或蓝色)光的微led。在一些实施例中，图像源412可以包括光学图案生成器，诸如空间光调制器。投影仪光学器件414可以包括一个或更多个光学部件，所述一个或更多个光学部件可以调节来自图像源412的光，诸如扩展、准直、扫描来自图像源412的光或将来自图像源412的光投影到合路器415。例如，一个或更多个光学部件可以包括一个或更多个透镜、液体透镜、反射镜、光圈和/或光栅。例如，在一些实施例中，图像源412可以包括微led的一个或更多个一维阵列或细长的二维阵列，并且投影仪光学器件414可以包括一个或更多个一维扫描器(例如，微反射镜(micro-mirror)或棱镜)，该一维扫描器被配置为扫描微led的一维阵列或细长的二维阵列以生成图像帧。在一些实施例中，投影仪光学器件414可以包括具有多个电极的液体透镜(例如，液晶透镜)，所述电极允许对来自图像源412的光进行扫描。
75.合路器415可以包括用于将来自投影仪410的光耦合到合路器415的基底420中的输入耦合器430。合路器415可以透射至少50％的第一波长范围内的光并且反射至少25％的第二波长范围内的光。例如，第一波长范围可以是从约400nm至约650nm的可见光，并且第二波长范围可以在红外波段，例如从约800nm至约1000nm。输入耦合器430可以包括体全息光栅、衍射光学元件(doe)(例如，表面浮雕光栅)、基底420的倾斜表面或折射耦合器(例如，光楔(wedge)或棱镜)。例如，输入耦合器430可以包括反射式体布拉格光栅或透射式体布拉格光栅。输入耦合器430对于可见光可以具有大于30％、50％、75％、90％或更高的耦合效率。耦合到基底420中的光可以通过例如全内反射(tir)在基底420内传播。基底420可以是一副眼镜的镜片的形式。基底420可以具有平坦的表面或弯曲的表面，并且可以包括一种或更多种类型的介电材料，诸如玻璃、石英、塑料、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、晶体或陶瓷。基底的厚度可以在例如从小于约1mm至约10mm或更大的范围内。基底420对可见光可以是透明的。
76.基底420可以包括或可以耦合到多个输出耦合器440，每个输出耦合器440被配置为从基底420提取由基底420引导并在基底420内传播的光的至少一部分，并且将提取的光460引导到视窗495，当增强现实系统400被使用时，增强现实系统400的用户的眼睛490可以位于视窗495处。多个输出耦合器440可以复制出射光瞳(exit pupil)，以增加视窗495的尺寸，使得显示的图像在更大的区域中可见。和输入耦合器430一样，输出耦合器440可以包括光栅耦合器(例如，体全息光栅或表面浮雕光栅)、其他衍射光学元件(doe)、棱镜等。例如，输出耦合器440可以包括反射式体布拉格光栅或透射式体布拉格光栅。输出耦合器440在不同位置可以具有不同的耦合(例如衍射)效率。基底420还可以允许来自合路器415前面的环境的光450以很少的损失或没有损失地穿过。输出耦合器440也可以允许光450以很少的损失穿过。例如，在一些实施方式中，输出耦合器440对于光450可以具有非常低的衍射效率，使得光450可以被折射或者以其他方式以很少的损失穿过输出耦合器440，并且因此可以具有比所提取的光460更高的强度。在一些实施方式中，输出耦合器440对光450可以具有高衍射效率，并且可以以很少的损失将光450衍射到某些期望的方向(即，衍射角)。结果，用户可以观看合路器415前面的环境和由投影仪410投影的虚拟对象的图像的组合图像。
77.图5a示出了根据某些实施例的包括波导显示器530的近眼显示(ned)设备500的示
例。ned设备500可以是近眼显示器120、增强现实系统400或另一种类型的显示设备的示例。ned设备500可以包括光源510、投影光学器件520和波导显示器530。光源510可以包括针对不同颜色的多个光发射器面板，例如红色光发射器512面板、绿色光发射器514面板和蓝色光发射器516面板。红色光发射器512被组织成阵列；绿色光发射器514被组织成阵列；并且蓝色光发射器516被组织成阵列。光源510中的光发射器的尺寸和间距可以很小。例如，每个光发射器可以具有小于2μm(例如，约1.2μm)的直径并且间距可以小于2μm(例如，约1.5μm)。因此，每个红色光发射器512、绿色光发射器514和蓝色光发射器516中的光发射器的数量可以等于或大于显示图像中的像素的数量，例如960
×
720个、1280
×
720个、1440
×
1080个、1920
×
1080个、2160
×
1080个或2560
×
1080个像素。因此，可以由光源510同时生成显示图像。在ned设备500中可能不使用扫描元件。
78.在到达波导显示器530之前，光源510发射的光可以由投影光学器件520调节，投影光学器件520可以包括透镜阵列。投影光学器件520可以将光源510发射的光准直或聚焦到波导显示器530，波导显示器530可以包括耦合器532，耦合器532用于将光源510发射的光耦合到波导显示器530中。耦合到波导显示器530中的光可以通过例如以上参照图4所述的全内反射在波导显示器530内传播。耦合器532还可以将在波导显示器530内传播的光的一部分从波导显示器530耦合出去并朝向用户的眼睛590。
79.图5b示出了根据某些实施例的包括波导显示器580的近眼显示(ned)设备550的示例。在一些实施例中，ned设备550可以使用扫描反射镜570将来自光源540的光投射到用户眼睛590可能位于其中的像场。ned设备550可以是近眼显示器120、增强现实系统400或另一种类型的显示设备的示例。光源540可以包括一行或更多行或一列或更多列不同颜色的光发射器，例如多行红色光发射器542、多行绿色光发射器544和多行蓝色光发射器546。例如，红色光发射器542、绿色光发射器544和蓝色光发射器546可以各自包括n行，每行包括例如2560个光发射器(像素)。红色光发射器542被组织成阵列；绿色光发射器544被组织成阵列；并且蓝色光发射器546被组织成阵列。在一些实施例中，光源540可以包括针对每种颜色的单排光发射器。在一些实施例中，光源540可以包括针对红色、绿色和蓝色中的每一种颜色的多列光发射器，其中每列可以包括例如1080个光发射器。在一些实施例中，光源540中的光发射器的尺寸和/或间距可能相对较大(例如，约3μm-5μm)，并且因此光源540可能不包括用于同时生成完整显示图像的足够的光发射器。例如，单一颜色的光发射器的数量可能少于显示图像中的像素的数量(例如，2560
×
1080个像素)。光源540发射的光可以是一组准直的或发散的光束。
80.在到达扫描反射镜570之前，光源540发射的光可以通过各种光学器件(例如准直透镜或自由形状光学元件(freeform optical element)560)调节。自由形状光学元件560可以包括例如多刻面棱镜(multi-facets prism)或另一光折叠元件，该多刻面棱镜或该另一光折叠元件可以将光源540发射的光导向扫描反射镜570，例如改变光源540发射的光的传播方向，例如，改变约90
°
或更大。在一些实施例中，自由形状光学元件560可以是可旋转的以扫描光。扫描反射镜570和/或自由形状光学元件560可以将光源540发射的光反射并投射到波导显示器580，波导显示器580可以包括耦合器582，耦合器582用于将光源540发射的光耦合到波导显示器580中。耦合到波导显示器580中的光可以通过例如以上参照图4所述的全内反射在波导显示器580内传播。耦合器582还可以将在波导显示器580内传播的光的
一部分从波导显示器580耦合出去并朝向用户的眼睛590。
81.扫描反射镜570可以包括微机电系统(mems)反射镜或任何其他合适的反射镜。扫描反射镜570可以旋转以在一个维度或二个维度上进行扫描。随着扫描反射镜570旋转，光源540发射的光可以被引导到波导显示器580的不同区域，使得完整的显示图像可以被投射到波导显示器580上并且在每个扫描循环中被波导显示器580引导到用户的眼睛590。例如，在光源540包括用于一行或更多行或一列或更多列中的所有像素的光发射器的实施例中，扫描反射镜570可以在列或行方向(例如，x或y方向)上旋转以扫描图像。在光源540包括用于一行或更多行或一列或更多列中的一些像素但不是所有像素的光发射器的实施例中，扫描反射镜570可以在行和列两个方向(例如，x和y两个方向)上旋转以(例如，使用光栅型扫描图案(raster-type scanning pattern))投射显示图像。
82.ned设备550可以在预定义的显示周期中操作。显示周期(例如，显示循环)可以指在其中扫描或投射完整图像的持续时间。例如，显示周期可以是期望帧速率的倒数。在包括扫描反射镜570的ned设备550中，显示周期也可以被称为扫描周期或扫描循环。光源540生成的光可以与扫描反射镜570的旋转同步。例如，每个扫描循环可以包括多个扫描步骤，其中光源540可以在每个相应的扫描步骤中生成不同的光图案。
83.在每个扫描循环中，随着扫描反射镜570的旋转，显示图像可以被投射到波导显示器580和用户的眼睛590上。显示图像的给定像素位置的实际颜色值和光强(例如亮度)可以是在扫描周期期间照射该像素位置的三种颜色(例如红色、绿色和蓝色)的光束的平均值。在完成一个扫描周期后，扫描反射镜570可以返回到初始位置来为下一个显示图像的前几行投射光，或者可以反向旋转或扫描图案来为下一个显示图像投射光，其中可以将新的一组驱动信号馈送到光源540。随着扫描反射镜570在每个扫描循环中旋转，可以重复相同的过程。因此，可以在不同的扫描循环中将不同的图像投射到用户的眼睛590。
84.图6示出了根据某些实施例的近眼显示系统600中的图像源组件610的示例。例如，图像源组件610可以包括：显示面板640，其可以生成要投射到用户眼睛的显示图像；以及投影仪650，其可以将显示面板640生成的显示图像投射到如上参照图4-图5b所述的波导显示器。显示面板640可以包括光源642和用于光源642的驱动器电路644。例如，光源642可以包括光源510或540。例如，投影仪650可以包括上述的自由形状光学元件560、扫描反射镜570和/或投影光学器件520。近眼显示系统600还可以包括同步控制光源642和投影仪650(例如，扫描反射镜570)的控制器620。图像源组件610可以生成图像光并将图像光输出到波导显示器(图6中未示出)，例如波导显示器530或580。如上所述，波导显示器可以在一个或更多个输入耦合元件处接收图像光，并将接收到的图像光引导至一个或更多个输出耦合元件。输入耦合元件和输出耦合元件可以包括例如衍射光栅、全息光栅、棱镜或它们的任何组合。输入耦合元件可以被选择成使得波导显示器发生全内反射。输出耦合元件可以将全内反射的图像光的部分从波导显示器耦合出去。
85.如上所述，光源642可以包括以阵列或矩阵布置的多个光发射器。每个光发射器可以发射单色光，诸如红光、蓝光、绿光、红外光等。虽然在本公开中经常讨论rgb颜色，但是本文描述的实施例不限于使用红色、绿色和蓝色作为原色。其他颜色也可以被用作近眼显示系统600的原色。在一些实施例中，根据实施例的显示面板可以使用多于三种原色。光源642中的每个像素可以包括三个子像素，包括红色微led、绿色微led和蓝色微led。半导体led通
常包括在多层半导体材料内的有源发光层。多层半导体材料可以包括不同的复合材料或具有不同掺杂剂和/或不同掺杂密度的相同基础材料。例如，多层半导体材料可以包括n型材料层、可以包括异质结构(例如，一个或更多个量子阱)的有源区和p型材料层。多层半导体材料可以生长在具有特定取向的基底的表面上。在一些实施例中，为了提高光提取效率，可以形成包括至少一些半导体材料层的台面。
86.控制器620可以控制图像源组件610的图像渲染操作，例如光源642和/或投影仪650的操作。例如，控制器620可以确定用于图像源组件610渲染一个或更多个显示图像的指令。指令可以包括显示指令和扫描指令。在一些实施例中，显示指令可以包括图像文件(例如位图文件)。例如，可以从控制台(例如上面参照图1描述的控制台110)接收显示指令。图像源组件610可以使用扫描指令来生成图像光。例如，扫描指令可以指定图像光源的类型(例如，单色或多色)、扫描速率、扫描装置的取向、一个或更多个照明参数或它们的任何组合。控制器620可以包括这里未示出以免模糊本公开的其他方面的硬件、软件和/或固件的组合。
87.在一些实施例中，控制器620可以是显示设备的图形处理单元(gpu)。在其他实施例中，控制器620可以是其他种类的处理器。由控制器620执行的操作可以包括获取用于显示的内容并将内容划分为离散的部分。控制器620可以向光源642提供扫描指令，该扫描指令包括对应于光源642的单独源元件的地址和/或施加到单独源元件的电偏压。控制器620可以指示光源642使用与最终显示给用户的图像中的一行或更多行像素相对应的光发射器来顺序地呈现离散部分。控制器620还可以指示投影仪650执行对光的不同调整。例如，控制器620可以控制投影仪650以将离散部分扫描到如上文参照图5b所述的波导显示器(例如，波导显示器580)的耦合元件的不同区域。因此，在波导显示器的出射光瞳处，每个离散部分被呈现在不同的相应位置上。虽然每个离散部分在不同的相应时间被呈现，但离散部分的呈现和扫描发生得足够快，使得用户的眼睛可以将不同部分整合成单个图像或一系列图像。
88.图像处理器630可以是通用处理器和/或专用于执行本文所述特征的一个或更多个专用电路。在一个实施例中，通用处理器可以耦合到存储器以执行使处理器执行本文描述的特定过程的软件指令。在另一实施例中，图像处理器630可以是专用于执行特定特征的一个或更多个电路。虽然图6中的图像处理器630被示为与控制器620和驱动器电路644分离的独立单元，但在其他实施例中，图像处理器630可以是控制器620或驱动器电路644的子单元。换句话说，在这些实施例中，控制器620或驱动器电路644可以执行图像处理器630的各种图像处理功能。图像处理器630也可以被称为图像处理电路。
89.在图6所示的示例中，光源642可以由驱动器电路644基于从控制器620或图像处理器630发送的数据或指令(例如，显示和扫描指令)进行驱动。在一个实施例中，驱动器电路644可以包括连接到光源642的各个光发射器并机械地保持光源642的各个光发射器的电路板。光源642可以根据由控制器620设置并潜在地由图像处理器630和驱动器电路644调整的一个或更多个照明参数来发射光。光源642可以使用照明参数来生成光。例如，照明参数可以包括源波长、脉冲速率、脉冲幅度、光束类型(连续的或脉冲式)、可能影响发射的光的一个或更多个其他参数或它们的任何组合。在一些实施例中，由光源642生成的源光可包括多束红光、绿光和蓝光、或它们的任意组合。
90.投影仪650可执行一组光学功能，例如聚焦、组合、调节或扫描由光源642生成的图像光。在一些实施例中，投影仪650可以包括组合组件、光调节组件或扫描反射镜组件。投影仪650可以包括一个或更多个光学部件，该一个或更多个光学部件光学地调整和潜在地重新引导来自光源642的光。对光的调整的一个示例可以包括调节光，诸如扩展、准直、校正一个或更多个光学误差(例如，像场弯曲、色差等)、光的一些其他调整或它们的任何组合。例如，投影仪650的光学部件可以包括透镜、反射镜、光圈、光栅或它们的任何组合。
91.投影仪650可以经由其一个或更多个反射和/或折射部分重新引导图像光，使得图像光以特定取向朝向波导显示器进行投射。图像光被重新引导朝向的位置可以取决于一个或更多个反射和/或折射部分的特定取向。在一些实施例中，投影仪650包括在至少两个维度上进行扫描的单个扫描反射镜。在其他实施例中，投影仪650可以包括多个扫描反射镜，每个扫描反射镜在彼此正交的方向上进行扫描。投影仪650可执行(水平或垂直)光栅扫描、双共振扫描或它们的任何组合。在一些实施例中，投影仪650可以以特定的振荡频率沿水平和/或垂直方向执行受控振动，以沿两个维度进行扫描并生成呈现给用户眼睛的媒体的二维投射图像。在其他实施例中，投影仪650可以包括可用于与一个或更多个扫描反射镜类似或相同功能的透镜或棱镜。在一些实施例中，图像源组件610可以不包括投影仪，其中由光源642发射的光可以直接入射在波导显示器上。
92.在半导体led中，通常通过有源区(例如，一个或更多个半导体层)内的电子和空穴的复合以一定的内部量子效率产生光子，其中，内部量子效率是有源区中发射光子的辐射电子-空穴复合的比例。然后可以从led中在特定方向上或在特定立体角内提取所产生的光。从led中提取的发射光子数与穿过led的电子数之比被称为外部量子效率，它描述了led将注入的电子转化为从器件中提取的光子的效率。
93.外部量子效率可以与注入效率、内部量子效率和提取效率成比例。注入效率指的是穿过器件注入有源区的电子的比例。提取效率是在有源区中产生的、从器件逃逸的光子的比例。对于led(特别是具有减小的物理尺寸的微led)，提高内部和外部量子效率和/或控制发射光谱可能具有挑战性。在一些实施例中，为了提高光提取效率，可以形成包括至少一些半导体材料层的台面。
94.图7a示出了具有垂直台面结构的led 700的示例。led 700可以是光源510、540或642中的光发射器。led 700可以是由无机材料(例如多层半导体材料)制成的微led。分层半导体发光器件可以包括多层iii-v族半导体材料。iii-v族半导体材料可以包括与一种v族元素(诸如氮(n)、磷(p)、砷(as)或锑(sb))组合的一种或更多种iii族元素(诸如铝(al)、镓(ga)或铟(in))。当iii-v族半导体材料的v族元素包括氮时，iii-v族半导体材料被称为iii族氮化物材料。可以通过使用诸如气相外延(vpe)、液相外延(lpe)、分子束外延(mbe)或金属有机化学气相沉积(mocvd)的技术在基底上生长多个外延层来制造分层半导体发光器件。例如，可以在具有特定晶格取向(例如，极性、非极性或半极性取向)的基底(诸如gan、gaas或gap基底)上，或在包括但不限于蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氮化硼、铝酸锂、铌酸锂、锗、氮化铝、镓酸锂(lithium gallate)、部分取代的尖晶石或共享β-lialo2结构的四元四方氧化物(quaternary tetragonal oxides)的基底上，逐层生长半导体材料层，其中可以在特定方向上切割基底以暴露作为生长表面的特定平面。
95.在图7a所示的示例中，led 700可以包括基底710，其可以包括例如蓝宝石基底或
gan基底。半导体层720可以生长在基底710上。半导体层720可以包括iii-v族材料(诸如gan)并且可以是p型掺杂的(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)或n型掺杂的(例如，掺杂有si或ge)。一个或更多个有源层730可以生长在半导体层720上以形成有源区。有源层730可以包括iii-v族材料(诸如一个或更多个ingan层、一个或更多个alingap层和/或一个或更多个gan层)，其可以形成一个或更多个异质结构，诸如一个或更多个量子阱或mqw。半导体层740可以生长在有源层730上。半导体层740可以包括iii-v族材料(诸如gan)并且可以是p型掺杂的(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)或n型掺杂的(例如，掺杂有si或ge)。半导体层720和半导体层740中的一者可以是p型层并且另一者可以是n型层。半导体层720和半导体层740夹着有源层730以形成发光区。例如，led 700可以包括位于掺杂有镁的p型gan层和掺杂有硅或氧的n型gan层之间的ingan层。在一些实施例中，led 700可以包括位于掺杂有锌或镁的p型alingap层与掺杂有硒、硅或碲的n型alingap层之间的alingap层。
96.在一些实施例中，可以生长电子阻挡层(ebl)(图7a中未示出)以在半导体层720或半导体层740中的至少一个和有源层730之间形成一层。ebl可以降低电子泄漏电流并提高led的效率。在一些实施例中，重掺杂半导体层750(例如p

或p

半导体层)可以形成在半导体层740上并且充当用于形成欧姆接触并降低器件的接触阻抗的接触层。在一些实施例中，导电层760可以形成在重掺杂半导体层750上。导电层760可以包括例如氧化铟锡(ito)或al/ni/au膜。在一个示例中，导电层760可以包括透明ito层。
97.为了与半导体层720(例如n-gan层)接触并更有效地从led 700中提取有源层730发射的光，可以蚀刻半导体材料层(包括重掺杂半导体层750、半导体层740、有源层730和半导体层720)以暴露半导体层720并形成包括层720-760的台面结构。台面结构可以将载流子限制在器件内。蚀刻台面结构可导致形成可与生长平面正交的台面侧壁732。钝化层770可以形成在台面结构的侧壁732上。钝化层770可以包括氧化物层，例如sio2层，并且可以充当反射器以将发射的光从led 700反射出去。接触层780可以包括金属层(例如al、au、ni、ti或它们的任意组合)，接触层780可以形成在半导体层720上并且可以充当led 700的电极。此外，另一接触层790(诸如al/ni/au金属层)可以形成在导电层760上并可以充当led 700的另一电极。
98.当电压信号被施加到接触层780和790时，电子和空穴可以在有源层730中复合，其中电子和空穴的复合可以引起光子发射。发射的光子的波长和能量可以取决于有源层730中价带和导带之间的能带隙。例如，ingan有源层可以发射绿光或蓝光，algan有源层可以发射蓝光至紫外光，而alingap有源层可以发射红光、橙光、黄光或绿光。发射的光子可以被钝化层770反射并且可以从顶部(例如，导电层760和接触层790)或底部(例如，基底710)离开led 700。
99.在一些实施例中，led 700可以在光发射表面(例如基底710)上包括一个或更多个其他部件(例如透镜)以聚焦或准直发射的光或将发射的光耦合到波导中。在一些实施例中，led可以包括另一种形状(诸如平面、圆锥形、半抛物线形或抛物线形)的台面，并且台面的基础区域(base area)可以是圆形、矩形、六边形或三角形。例如，led可以包括曲面形状(例如，抛物面形状)和/或非曲面形状(例如，圆锥形状)的台面。台面可以被截断或不被截断。
100.图7b是具有抛物线型台面结构的led 705的示例的横截面视图。类似于led 700，
led 705可以包括多层半导体材料，例如多层iii-v族半导体材料。半导体材料层可以外延生长在基底715(诸如gan基底或蓝宝石基底)上。例如，半导体层725可以生长在基底715上。半导体层725可以包括iii-v族材料(诸如gan)并且可以是p型掺杂的(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)或n型掺杂的(例如，掺杂有si或ge)。一个或更多个有源层735可以生长在半导体层725上。有源层735可以包括iii-v族材料(诸如一个或更多个ingan层、一个或更多个alingap层和/或一个或更多个gan层)，其可以形成一个或更多个异质结构，诸如一个或更多个量子阱。半导体层745可以生长在有源层735上。半导体层745可以包括iii-v族材料(诸如gan)并且可以是p型掺杂的(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)或n型掺杂的(例如，掺杂有si或ge)。半导体层725和半导体层745中的一者可以是p型层并且另一者可以是n型层。
101.为了与半导体层725(例如，n型gan层)接触并更有效地从led 705中提取有源层735发射的光，可以蚀刻半导体层以暴露半导体层725并形成包括层725-745的台面结构。台面结构可以将载流子限制在器件的注入区域内。蚀刻台面结构可导致形成台面侧壁(在本文中也称为刻面)，该台面侧壁可与和层725-745的晶体生长相关联的生长平面不平行或在一些情况下与其正交。
102.如图7b所示，led 705可以具有包括平顶的台面结构。介电层775(例如，sio2或sinx)可以形成在台面结构的刻面上。在一些实施例中，介电层775可以包括多层介电材料。在一些实施例中，金属层795可以形成在介电层775上。金属层795可以包括一种或更多种金属或金属合金材料，诸如铝(al)、银(ag)、金(au)、铂(pt)、钛(ti)、铜(cu)或它们的任何组合。介电层775和金属层795可以形成台面反射器，该台面反射器可以将有源层735发射的光朝向基底715反射。在一些实施例中，台面反射器可以是抛物线形状的以充当可以至少部分地准直发射的光的抛物线型反射器。
103.电触点765和电触点785可以分别形成在半导体层745和半导体层725上以充当电极。电触点765和电触点785可以各自包括导电材料(诸如al、au、pt、ag、ni、ti、cu或它们任意组合(例如，ag/pt/au或al/ni/au))，并可以充当led 705的电极。在图7b所示的示例中，电触点785可以是n型触点，并且电触点765可以是p型触点。电触点765和半导体层745(例如，p型半导体层)可以形成背向反射器(back reflector)以用于将有源层735发射的光往回朝向基底715反射。在一些实施例中，电触点765和金属层795包括(一种或更多种)相同的材料并且可以使用相同的工艺形成。在一些实施例中，可以包括附加导电层(未示出)作为在电触点765和785与半导体层之间的中间导电层。
104.当跨触点765和785施加电压信号时，电子和空穴可以在有源层735中复合。电子和空穴的复合可引起光子发射，从而产生光。发射的光子的波长和能量可以取决于有源层735中价带和导带之间的能带隙。例如，ingan有源层可以发射绿光或蓝光，而alingap有源层可以发射红光、橙光、黄光或绿光。发射的光子可以在许多不同的方向上传播，并且可以被台面反射器和/或背向反射器反射并且可以例如从图7b中所示的底侧(例如，基底715)离开led 705。一个或更多个其他次级光学部件(诸如透镜或光栅)可以形成在光发射表面(诸如基底715)上，以聚焦或准直发射的光和/或将发射的光耦合到波导中。
105.可以在晶圆上制造上述led的一维阵列或二维阵列以形成光源(例如，光源642)。可以例如使用cmos工艺在硅晶圆上制造驱动器电路(例如，驱动器电路644)。晶圆上的led和驱动器电路可以被切片(dice)，以及然后被键合在一起，或者可以在晶圆级键合且然后
被切片。各种键合技术可以用于键合led和驱动器电路，诸如粘合剂键合、金属到金属键合、金属氧化物键合、晶圆到晶圆键合、晶片到晶圆键合、混合键合等。
106.图8a示出了根据某些实施例的用于led阵列的晶片到晶圆键合方法的示例。在图8a所示的示例中，led阵列801可以包括在载体基底805上的多个led 807。载体基底805可以包括各种材料，诸如gaas、inp、gan、aln、蓝宝石、sic、si等。可以通过例如在执行键合之前生长各种外延层、形成台面结构以及形成电触点或电极来制造led 807。外延层可以包括各种材料，诸如gan、ingan、(algain)p、(algain)asp、(algain)asn、(algain)pas、(eu:inga)n、(algain)n等，并且可以包括n型层、p型层和有源层，该有源层包括一个或更多个异质结构，诸如一个或更多个量子阱或mqw。电触点可以包括各种导电材料，诸如金属或金属合金。
107.晶圆803可以包括具有制造在其上的无源或有源集成电路(例如，驱动器电路811)的基础层(base layer)809。基础层809可以包括例如硅晶圆。驱动器电路811可以用于控制led 807的操作。例如，用于每个led807的驱动器电路可以包括具有两个晶体管和一个电容器的2t1c像素结构。晶圆803还可包括键合层813。键合层813可以包括各种材料，诸如金属、氧化物、电介质、cusn、auti等。在一些实施例中，可以在键合层813的表面上形成图案化层815，其中图案化层815可以包括由诸如cu、ag、au、al等导电材料制成的金属格栅(metallic grid)。
108.led阵列801可以经由键合层813或图案化层815键合至晶圆803。例如，图案化层815可以包括由各种材料(诸如cusn、ausn或纳米多孔au)制成的金属焊盘或凸点，该金属焊盘或凸点可以用于将led阵列801中的led 807与晶圆803上的相对应的驱动器电路811对准。在一个示例中，可以将led阵列801朝向晶圆803，直到led 807与对应于驱动器电路811的相应金属焊盘或凸点接触。一些或所有led 807可以与驱动器电路811对准，并且然后可以通过各种键合技术(诸如金属到金属键合)经由图案化层815键合至晶圆803。在led 807已经键合至晶圆803之后，可以从led 807移除载体基底805。
109.图8b示出了根据某些实施例的用于led阵列的晶圆到晶圆键合方法的示例。如图8b所示，第一晶圆802可以包括基底804、第一半导体层806、有源层808和第二半导体层810。基底804可以包括各种材料，诸如gaas、inp、gan、aln、蓝宝石、sic、si等。第一半导体层806、有源层808和第二半导体层810可以包括各种半导体材料，诸如gan、ingan、(algain)p、(algain)asp、(algain)asn、(algain)pas、(eu:inga)n、(algain)n等。在一些实施例中，第一半导体层806可以是n型层，而第二半导体层810可以是p型层。例如，第一半导体层806可以是n型掺杂gan层(例如，掺杂有si或ge)，并且第二半导体层810可以是p型掺杂gan层(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)。例如，有源层808可以包括一个或更多个gan层、一个或更多个ingan层、一个或更多个alingap层等，有源层808可以形成一个或更多个异质结构，诸如一个或更多个量子阱或mqw。
110.在一些实施例中，第一晶圆802还可以包括键合层。键合层812可以包括各种材料，诸如金属、氧化物、电介质、cusn、auti等。在一个示例中，键合层812可以包括p触点和/或n触点(未示出)。在一些实施例中，其他层也可以被包括在第一晶圆802上，诸如在基底804和第一半导体层806之间的缓冲层。缓冲层可以包括各种材料，诸如多晶gan或aln。在一些实施例中，接触层可以在第二半导体层810和键合层812之间。接触层可以包括用于向第二半导体层810和/或第一半导体层806提供电触点的任何合适的材料。
111.第一晶圆802可以经由键合层813和/或键合层812键合至如上所述包括驱动器电路811和键合层813的晶圆803。键合层812和键合层813可以由相同材料或不同材料制成。键合层813和键合层812可以基本上是平坦的。第一晶圆802可以通过各种方法(诸如金属到金属键合、共晶键合、金属氧化物键合、阳极键合、热压键合、紫外线(uv)键合和/或熔融键合)键合至晶圆803。
112.如图8b所示，第一晶圆802可以以在第一晶圆802的p侧(例如，第二半导体层810)面朝下(即，朝向晶圆803)的情况下键合至晶圆803。在键合之后，可以从第一晶圆802移除基底804，并且然后可以从n侧处理第一晶圆802。例如，该加工可以包括为单独的led形成特定台面形状，以及形成与单独的led相对应的光学部件。
113.图9a-图9d示出了根据某些实施例的用于led阵列的混合键合方法的示例。混合键合一般可以包括晶圆清洗和活化(activation)、一个晶圆的触点与另一晶圆的触点的高精度对准、晶圆表面处的介电材料在室温下的介电键合、以及通过在升高的温度下退火处理进行的触点的金属键合。图9a示出了其上制造有无源或有源电路920的基底910。如上文参照图8a-图8b所述，基底910可以包括例如硅晶圆。电路920可以包括用于led阵列的驱动器电路。键合层可以包括介电区940和通过电互连件922连接到电路920的触点焊盘930。触点焊盘930可以包括例如cu、ag、au、al、w、mo、ni、ti、pt、pd等。介电区940中的介电材料可以包括sicn、sio2、sin、al2o3、hfo2、zro2、ta2o5等。可以使用例如化学机械抛光来平坦化和抛光键合层，其中平坦化或抛光可能引起触点焊盘中的凹陷(碗状轮廓)。可以通过例如离子(例如等离子体)或快原子(例如ar)束905来清洗和活化键合层的表面。活化的表面可以是原子级清洁的并且可以在晶圆例如在室温下接触时为反应性的，以用于在晶圆之间形成直接键合。
114.图9b示出了包括如上文参照例如图7a-图8b所述的制造在其上的微led 970阵列的晶圆950。晶圆950可以是载体晶圆并且可以包括例如gaas、inp、gan、aln、蓝宝石、sic、si等。微led 970可以包括在晶圆950上外延生长的n型层、有源区和p型层。外延层可以包括上述各种iii-v族半导体材料，并且可以从p型层侧进行加工以在外延层中蚀刻台面结构，诸如基本垂直结构、抛物线形结构、圆锥形结构等。钝化层和/或反射层可以形成在台面结构的侧壁上。p触点980和n触点982可以形成在沉积在台面结构上的介电材料层960中，并且可以形成分别与p型层和n型层的电接触。介电材料层960中的介电材料可以包括例如sicn、sio2、sin、al2o3、hfo2、zro2、ta2o5等。p触点980和n触点982可以包括例如cu、ag、au、al、w、mo、ni、ti、pt、pd等。p触点980、n触点982和介电材料层960的顶面可以形成键合层。可以使用例如化学机械抛光来平坦化和抛光键合层，其中抛光可能引起p触点980和n触点982中的凹陷。然后可以通过例如离子(例如，等离子体)或快原子(例如，ar)束915来清洗和活化键合层。活化的表面可以是原子级清洁的并且可以在晶圆例如在室温下接触时为反应性的，以用于在晶圆之间形成直接键合。
115.图9c示出了用于在键合层中键合介电材料的室温键合工艺。例如，在包括介电区940和触点焊盘930的键合层以及包括p触点980、n触点982和介电材料层960的键合层被表面活化之后，晶圆950和微led 970可以被倒置并与基底910和在其上形成的电路接触。在一些实施例中，可以将压缩压力925施加到基底910和晶圆950，使得键合层彼此压靠。由于表面活化和触点中的凹陷，介电区940和介电材料层960可以由于表面吸引力而直接接触，并
且可以反应并在它们之间形成化学键，因为表面原子可以具有悬空键并在活化后可能处于不稳定的能态。因此，介电区940和介电材料层960中的介电材料可以在热处理或压力的情况下或在不进行热处理或压力的情况下键合在一起。
116.图9d示出了在将介电材料键合在键合层中之后，用于在键合层中键合触点的退火工艺。例如，触点焊盘930和p触点980或n触点982可以通过在例如约200℃-400℃或更高的温度下退火而被键合在一起。在退火工艺期间，热量935可以使得触点比介电材料膨胀更多(由于不同的热膨胀系数)，且因此可以闭合触点之间的凹陷间隙，使得触点焊盘930和p触点980或n触点982可以接触并且可以在活化的表面处形成直接的金属键合。
117.在两个键合的晶圆包括具有不同热膨胀系数(cte)的材料的一些实施例中，在室温下键合的介电材料可以有助于减少或防止由不同热膨胀引起的触点焊盘的不对准。在一些实施例中，为了进一步减少或避免在退火期间的高温下触点焊盘的不对准，可以在键合之前形成在微led之间、在微led组之间、穿过部分或全部基底等的沟槽。
118.在微led与驱动器电路键合之后，可以减薄或移除在其上制造微led的基底，以及可以在微led的发光表面上制造各种次级光学部件，以例如提取、准直和重新引导从微led的有源区发射的光。在一个示例中，可以在微led上形成微透镜，其中每个微透镜可以对应于相应的微led并且可以有助于提高光提取效率并且准直由微led发射的光。在一些实施例中，次级光学部件可以制造在微led的基底或n型层中。在一些实施例中，次级光学部件可以制造在被沉积在微led的n型侧上的介电层中。次级光学部件的示例可以包括透镜、光栅、抗反射(ar)涂层、棱镜、光子晶体等。
119.图10示出了根据某些实施例的具有制造在其上的次级光学部件的led阵列1000的示例。led阵列1000可以通过使用上面参照例如图8a-图9d描述的任何合适的键合技术将led芯片或晶圆与包括在其上制造的电路的硅晶圆键合而制成。在图10所示的示例中，led阵列1000可以使用如上文参照图9a-图9d所述的晶圆到晶圆混合键合技术来进行键合。led阵列1000可以包括基底1010，基底1010可以是例如硅晶圆。集成电路1020(诸如led驱动器电路)可以被制造在基底1010上。集成电路1020可以通过互连件1022和触点焊盘1030连接到微led 1070的p触点1074和n触点1072，其中触点焊盘1030可以与p触点1074和n触点1072形成金属键合。基底1010上的介电层1040可以通过熔融键合而键合至介电层1060。
120.led芯片或晶圆的基底(未示出)可以被减薄或者可以被移除以暴露微led 1070的n型层1050。各种次级光学部件(诸如球面微透镜1082、光栅1084、微透镜1086、抗反射层1088等)可以形成在n型层1050的顶部之中或之上。例如，可以使用灰度掩模和对曝光光线(exposure light)具有线性响应的光致抗蚀剂，或使用通过图案化光致抗蚀剂层的热回流(thermal reflowing)形成的蚀刻掩模，来在微led 1070的半导体材料中蚀刻球面微透镜阵列。还可以使用类似的光刻技术或其他技术在被沉积在n型层1050上的介电层中蚀刻次级光学部件。例如，可以通过使用二元掩模图案化的聚合物层的热回流在聚合物层中形成微透镜阵列。聚合物层中的微透镜阵列可以被用作次级光学部件或可以被用作将微透镜阵列的轮廓转移到介电层或半导体层中的蚀刻掩模。介电层可以包括，例如，sicn、sio2、sin、al2o3、hfo2、zro2、ta2o5等。在一些实施例中，微led 1070可以具有多个相对应的次级光学部件，诸如微透镜和抗反射涂层、蚀刻在半导体材料中的微透镜和蚀刻在介电材料层中的微透镜、微透镜和光栅、球面透镜和非球面透镜等。图10中示出了三个不同的次级光学部件以
示出可以形成在微led 1070上的次级光学部件的一些示例，这并不一定意味着对于每个led阵列同时使用不同的次级光学部件。
121.图11a-图11d示出了根据某些实施例的用于led阵列的组装序列的开始。如图11a所示，半导体材料层1130可以生长在第一基底1177上。例如，半导体材料层1130可以包括iii-v族材料(例如gan、ingan或alngap)或者ii-vi族材料(例如znse、zns或znte)。半导体材料层1130可以用作led阵列的起始材料(starting material)。此外，第一基底1177的材料可以基于半导体材料层1130来选择，并且可以是蓝宝石或gaas。半导体材料层1130可以具有与第一基底1177相邻的n侧1132和与n侧1132相反的p侧1134。可以在半导体材料层1130的p侧1134上形成第一键合层1180。例如，第一键合层1180可以是可通过紫外(uv)激光释放的粘合剂。然后，可以经由第一键合层1180将第一载体基底1175键合到第一基底1177。第一载体基底1175可以由硅制成。
122.如图11b所示，可以通过任何合适的方法移除第一基底1177，例如，如果第一基底1177由蓝宝石制成，则通过激光剥离(llo)，或者如果第一基底1177由gaas制成，则通过研磨和蚀刻。移除第一基底1177暴露半导体材料层1130的n侧1132，以允许处理半导体材料层1130的n侧1132。
123.如图11c所示，第二键合层1125可以形成在半导体材料层1130的n侧1132上。例如，第二键合层1125可以是可通过紫外(uv)激光释放的粘合剂。可替代地，可以使用溶剂来释放第二键合层1125。有利地，可以使用低应力工艺来释放第二键合层1125。然后可以在第二键合层1125上形成第二载体基底1120。第二载体基底1120可以由类似于第一载体基底1175的材料的材料(例如硅)制成。
124.如图11d所示，可以通过释放第一键合层1180来移除第一载体基底1175。然后可以清洗半导体材料层1130的p侧1134，包括移除第一键合层1180的任何残余部分。移除第一载体基底1175暴露半导体材料层1130的p侧1134以允许处理半导体材料层1130的p侧1134。例如，半导体材料层1130的p侧1134的处理可以包括p触点阵列的金属化、通过蚀刻或其他工艺形成微led结构、和/或将半导体材料层1130蚀刻到p侧1132并在与p触点阵列相同的表面上形成n触点。
125.图12a-图12c示出了根据某些实施例的将led阵列键合到晶圆的方法的示例。如图12a所示，半导体材料层1230可以形成在键合层1225上，该键合层1225形成在载体基底1220上。图12a中所示的装置可以通过任何合适的方法(例如上面关于图11a-图11d讨论的方法)形成。如图12a所示，可以在半导体材料层1230内形成多个led阵列1235。载体基底1220可用于将多个led阵列1235保持对准。多个led阵列1235可足以形成整个显示结构。键合层1225可以用作临时载体膜。
126.如图12b所示，led阵列1235可以被单体化(singulate)以形成单独的led阵列1235。例如，可以通过蚀刻穿过相邻的led阵列1235之间的半导体材料层1230、键合层1225和载体基底1220而分离led阵列1235。每个led阵列1235可以包括形成在led阵列1235的周边附近的n触点1250，以及形成在led阵列1235的中心区域内的p触点1240。在一些示例中，p触点1240可以具有延伸的线性横截面，而n触点1250可以具有正方形、矩形或圆形横截面。p触点1240和/或n触点1250可以是由金、铜或其他金属形成的金属化触点。p触点1240和/或n触点1250可以是具有互连材料的平面触点或凸起的触点，这使得能够进行低温和低压键合
工艺。
127.如图12c所示，led阵列1235可以键合到形成在晶圆1245上的多个驱动器电路。在一些示例中，晶圆1245可以由硅制成。可以通过各种方法(例如上面关于图8a讨论的晶片到晶圆键合或上面关于图9a-图9d讨论的混合键合)将led阵列1235键合到晶圆1245。然而，因为led阵列1235的半导体材料层1230具有与晶圆1245不同的cte，所以很可能将在用于led的触点和驱动器电路之间发生一些偏离。例如，参考图10，微led 1070的n触点1072可能变得与基底1010内的触点焊盘1030不对准。该不对准可能是由led阵列1235的键合和/或操作期间的加热引起的。led阵列的半导体材料层1230可以比晶圆1245横向扩展得更快，或者反之亦然。这可能导致led阵列1235的中心附近的led与它们相应的驱动器电路很好地对准，而led阵列1235的周边附近的led可能变得与它们相应的驱动器电路不对准，这是由于在led阵列1235的周边附近的两种材料的横向热膨胀的较大差异。对于具有小互连间距和高连接计数的大led阵列1235，这种效应可能更明显。在一些示例中，led阵列1235可以具有1.8μm的间距和1μm或更小的互连凸点。在其他示例中，led阵列1235可以具有3.6μm的间距和1μm或更大的互连凸点。
128.图13a-图13d示出了根据某些实施例的用于将led阵列键合到晶圆的方法的示例。如图13a所示，半导体材料层1330可以形成在键合层1325上，该键合层1325形成在载体基底1320上。图13a中所示的装置可以通过任何合适的方法(例如上面关于图11a-图11d讨论的方法)形成。如图13a所示，可以在半导体材料层1230内形成多个led阵列1235。键合层1225可以用作临时载体膜。led阵列1335可以包括形成在led阵列1335的周边附近的n触点1350，以及形成在led阵列1335的中心区域内的p触点1340。在一些示例中，p触点1340可以具有延伸的线性横截面，而n触点1350可以具有正方形、矩形或圆形横截面。p触点1340和/或n触点1350可以是由金、铜或其他金属形成的金属化触点。p触点1340和/或n触点1350可以是具有互连材料的平面触点或凸起的触点，这使得能够进行低温和低压键合工艺。在一些示例中，凸起的触点可以成形为圆柱体或圆锥体。此外，凸起的触点可以由共晶材料制成。可替代地，凸起的触点可以由单一金属制成，该单一金属可以经由固态键合工艺与另一触点接合。凸起的触点可以由固体材料制成，或者可以是纳米多孔的。凸起的触点可以通过全局加热(诸如通过使用键合工具或烤箱)或通过局部加热(诸如通过使用聚焦激光加热)而热激活。
129.如图13b所示，为了减小半导体材料层1330的材料和将在其中形成驱动器电路的晶圆之间的热膨胀差异的影响，可以通过在多个子阵列1355中的相邻子阵列1355之间形成多个间隙1360，将led阵列1335分离成多个子阵列1355。间隙1360可以具有各种形状，例如垂直形状或v形。在一些示例中，间隙1360可以通过干法蚀刻(例如反应离子蚀刻(rie)、离子束研磨或蒸气蚀刻)形成。每个间隙1360的宽度可以比每个间隙1360的深度更窄。例如，每个间隙1360的宽度可以是几百纳米，而每个间隙的深度可以是几微米。在一些示例中，每个间隙1360的宽度可以是200nm或更小，而每个间隙1360的深度可以在5μm和7μm之间。间隙1360可以仅延伸穿过半导体材料层1330，或者如果键合层1325不允许子阵列1355的扩展，则间隙1360还可以延伸穿过键合层1325。led阵列1335可以被分离成n
×
m个子阵列1355。可以根据处理温度、半导体材料层1330的cte与将要键合led阵列1335的晶圆的cte之间的差异以及led阵列1335的尺寸来选择n
×
m维度。通常，随着处理温度的升高，子阵列1355的数量也将增加。类似地，随着cte之间的差异增加，子阵列1335的数量也将增加。子阵列的数量
可以与间隙的间距成比例。
130.如图13c所示，led阵列1335可以反转并经由互连件1365键合到晶圆1345。互连件1365可以具有高密度。为了清楚起见，子阵列1335之间的间隙1360未在图13c中示出。可以通过任何合适的方法移除载体基底1320。还可以清洗led阵列1335以移除键合层1325的任何残余部分。
131.如图13d所示，在led阵列1335已经键合到晶圆1345之后，可以将底部填充物1370注入到子阵列1355之间的间隙1360中。在该示例中，在高温键合工艺之后，并且因此在已经发生最大膨胀之后，底部填充物1370被注入到间隙1360中。在其他实施例中，在led阵列1335已经被键合到晶圆1345之前(例如在间隙1360被蚀刻之后，如图13b所示)，可以将底部填充物1370注入到子阵列1355之间的间隙1360中。在一些示例中，底部填充物1370可以是用作粘合剂键合层并减轻相邻子阵列1355之间的应力的聚合物。底部填充物1370可以帮助防止互连件1365的故障。
132.图14a-图14g示出了根据某些实施例的用于将多个led阵列键合到晶圆的方法的示例。如图14a所示，半导体材料层1430可以形成在键合层1425上，该键合层1425形成在载体基底1420上。图14a中所示的装置可以通过任何合适的方法(例如上面关于图11a-图11d讨论的方法)形成。半导体材料层1430可以具有邻近键合层1425的n侧1432和与n侧1432相反的p侧1434。
133.如图14b所示，多个led阵列1435a至1435e可以形成在半导体材料层1430内。虽然只示出了五个led阵列，但是可以形成任何合适数量的led阵列。参考led阵列1435e作为代表性示例，led阵列1435e可以包括形成在led阵列1435e的周边附近的n触点1450，以及形成在led阵列1435e的中心区域内的p触点1440。在一些示例中，p触点1440可以具有延伸的线性横截面，而n触点1450可以具有正方形、矩形或圆形横截面。p触点1440和/或n触点1450可以是由金、铜或其他金属形成的金属化触点。p触点1440和/或n触点1450可以是具有互连材料的平面触点或凸起的触点，这使得能够进行低温和低压键合工艺。在一些示例中，凸起的触点可以成形为圆柱体或圆锥体。此外，凸起的触点可以由共晶材料制成。可替代地，凸起的触点可以由单一金属制成，该单一金属可以经由固态键合工艺与另一触点接合。凸起的触点可以由固体材料制成，或者可以是纳米多孔的。凸起的触点可以通过全局加热(诸如通过使用键合工具或烤箱)或通过局部加热(诸如通过使用聚焦激光加热)而热激活。
134.如图14c和图14d所示，为了减小半导体材料层1430的材料和将在其中形成驱动器电路的晶圆之间的热膨胀差异的影响，每个led阵列1435a至1435e可以通过在多个子阵列中的相邻子阵列之间形成多个间隙而被分离成多个子阵列。图14d是图14c的一部分的放大版本，其示出了作为代表性示例的led阵列1435e。通过在子阵列1455a和1455b之间形成间隙1460，led阵列1435e可以被分离成子阵列1455a和1455b。间隙1360可以具有各种形状，例如垂直形状或v形。在一些示例中，间隙1460可以通过干法蚀刻(例如反应离子蚀刻(rie)、离子束研磨或蒸气蚀刻)形成。间隙1460的宽度可以比间隙1460的深度更窄。例如，间隙1460的宽度可以是几百纳米，而每个间隙的深度可以是几微米。在一些示例中，间隙1460的宽度可为200nm或更小，而间隙1460的深度可在5μm至7μm之间。间隙1460可以仅延伸穿过半导体材料层1430，或者如果键合层1425不允许子阵列1455a和1455b的扩展，则间隙1460还可以延伸穿过键合层1425。底部填充物1470可形成在间隙1460内。间隙1460可以具有如图
14c和图14d所示的垂直的侧面。可替代地，间隙1460可以具有倾斜的侧面，使得间隙1460在子阵列1455a和1455b的顶部比在子阵列1455a和1455b的底部更宽。尽管仅示出了两个子阵列1455a和1455b，但是led阵列1435e可以被分离成n
×
m个子阵列。可以根据处理温度、半导体材料层1430的cte与将要键合led阵列1435e的晶圆的cte之间的差异以及led阵列1435e的尺寸来选择n
×
m维度。一般情况下，随着处理温度的升高，子阵列的数量也将增加。类似地，随着cte之间的差异增加，子数组的数量也将增加。子阵列的数量可以与间隙的间距成比例。
135.如图14e所示，钝化层1465可以形成在间隙1460附近。例如，钝化层1465可以形成在子阵列1455a和1455b的邻近间隙1460的侧壁上。在一些示例中，钝化层1465可以通过原子层沉积(ald)来施加。钝化层1465可以包括介电材料。钝化层1465可以补偿位于子阵列边缘附近的led的较低效率。较低的效率可能是由间隙1460的蚀刻对量子阱的破坏造成的。可替代地或附加地，当led被操作时，位于形成间隙的子阵列的边缘附近的led可以用更高的电流驱动，以便补偿较低的效率。底部填充物1470可形成在间隙1460内并邻近钝化层1465。
136.如图14f所示，led阵列1435e可以反转，以准备经由互连件(未示出)键合到晶圆1445。互连件可以具有高密度。钝化层1465未在图14f中示出。然而，如上文参考图14e所讨论的，可以包括钝化层1465。
137.如图14g所示，led阵列1435e可以键合到晶圆1445，并且载体基底1420可以通过任何合适的方法(例如溶剂释放、激光辅助释放或背面研磨)被移除。还可以清洗半导体材料层1430以移除键合层1425的任何残余部分。在该示例中，在led阵列1435e已经键合到晶圆1445之前(例如在蚀刻间隙1460之后，如图14c所示)，可以将底部填充物1470注入到子阵列1455a和1455b之间的间隙1460中。在其它实施例中，在图14g所示的高温键合工艺之后，并且因此在已经发生最大膨胀之后，底部填充物1470被注入到间隙1460中。在一些示例中，底部填充物1470可以是用作粘合剂键合层并减轻相邻子阵列1455a和1455b之间的应力的聚合物。底部填充物1470可以帮助防止互连件的故障。钝化层1465未在图14g中示出。然而，如上文参考图14e所讨论的，可以包括钝化层1465。
138.图15a和图15b示出了根据某些实施例的led阵列内的间隙图案的示例。如果间隙形成为跨越整个显示器的长线，则用户可以检测到长线。因此，在led阵列内以交错图案形成间隙可能是有利的。在一个示例中，如图15a所示，可以以六边形图案形成间隙。在另一个示例中，如图15b所示，可以以砖形图案形成间隙。此外，针对每种颜色的led阵列可以具有彼此不重叠的间隙图案，以便最小化用户对间隙的任何感知。
139.图16是用于实现本文公开的一些实例的示例近眼显示器(例如，hmd设备)的示例电子系统1600的简化框图。电子系统1600可以用作上文描述的hmd设备或其他近眼显示器的电子系统。在该示例中，电子系统1600可以包括一个或更多个处理器1610和存储器1620。处理器1610可以被配置成执行用于在多个部件处执行操作的指令，并且可以是例如通用处理器或适于在便携式电子设备内实现的微处理器。处理器1610可以与在电子系统1600内的多个部件通信地耦合。为了实现这种通信耦合，处理器1610可以跨过总线1640与其他图示的部件通信。总线1640可以是适于在电子系统1600内传输数据的任何子系统。总线1640可以包括多条计算机总线和另外的电路以传输数据。
140.存储器1620可以被耦合至处理器1610。在一些实施例中，存储器1620可以提供短
期存储和长期存储两者，并且可以被分成若干个单元。存储器1620可以是易失性的(诸如，静态随机存取存储器(sram)和/或动态随机存取存储器(dram))和/或非易失性的(诸如，只读存储器(rom)、闪存等)。此外，存储器1620可以包括可移动存储设备，诸如安全数字(sd)卡。存储器1620可以为电子系统1600提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的存储。在一些实施例中，存储器1620可以被分布在不同的硬件模块中。一组指令和/或代码可以被存储在存储器1620中。指令可以采取可以由电子系统1600可执行的可执行代码的形式，和/或可以采取源代码和/或可安装代码的形式，所述源代码和/或可安装代码当在电子系统1600上(例如，使用多种通常可用的编译器、安装程序、压缩/解压缩实用程序等中的任何一种)编译和/或安装时，可以采取可执行代码的形式。
141.在一些实施例中，存储器1620可以存储多个应用模块1622至1624，应用模块1622至1624可以包括任何数量的应用。应用的示例可以包括游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。这些应用可以包括深度感测功能或眼睛跟踪功能。应用模块1622-1624可以包括待由处理器1610执行的特定指令。在一些实施例中，应用模块1622-1624中的某些应用或部分可以由其他硬件模块1680执行。在某些实施例中，存储器1620可以另外包括安全存储器，该安全存储器可以包括另外的安全控件，以防止对安全信息的复制或其他未授权的访问。
142.在一些实施例中，存储器1620可以包括被加载在其中的操作系统1625。操作系统1625可以是可操作的，以启动由应用模块1622-1624提供的指令的执行和/或管理其他硬件模块1680以及与无线通信子系统1630的接口，无线通信子系统1630可以包括一个或更多个无线收发器。操作系统1625可以适于跨过电子系统1600的部件执行其他操作，包括线程管理(threading)、资源管理、数据存储控制和其他类似功能。
143.无线通信子系统1630可以包括例如红外通信设备、无线通信设备和/或芯片组(诸如，设备、ieee 802.11设备、wi-fi设备、wimax设备、蜂窝通信设施等)和/或类似的通信接口。电子系统1600可以包括用于无线通信的、作为无线通信子系统1630的一部分或者作为耦合至系统的任何部分的单独部件的一根或更多根天线1634。根据期望的功能，无线通信子系统1630可以包括单独的收发器，以与基站收发台和其他无线设备以及接入点进行通信，这可以包括与不同的数据网络和/或网络类型(诸如，无线广域网(wwan)、无线局域网(wlan)或无线个域网(wpan))进行通信。wwan可以是例如wimax(ieee 802.16)网络。wlan可以是例如ieee 802.11x网络。wpan可以是例如蓝牙网络、ieee 802.15x或一些其他类型的网络。本文描述的技术也可以用于wwan、wlan和/或wpan的任何组合。无线通信子系统1630可以允许与网络、其他计算机系统和/或本文描述的任何其他设备交换数据。无线通信子系统1630可以包括用于使用天线1634和无线链路1632来发送或接收数据(例如，hmd设备的标识符、位置数据、地理地图、热图、照片或视频)的装置。无线通信子系统1630、处理器1610和存储器1620可以一起包括用于执行本文公开的一些功能的装置中的一个或更多个的至少一部分。
144.电子系统1600的实施例还可以包括一个或更多个传感器1690。传感器1690可以包括，例如，图像传感器、加速度计、压力传感器、温度传感器、接近度传感器(proximity sensor)、磁力计、陀螺仪、惯性传感器(例如，组合加速度计和陀螺仪的模块)、环境光传感器或可操作以提供感测输出(sensory output)和/或接收感测输入的任何其他类似模块，
例如深度传感器或位置传感器。例如，在一些实施方式中，传感器1690可以包括一个或更多个惯性测量单元(imu)和/或一个或更多个位置传感器。imu可以基于从一个或更多个位置传感器接收的测量信号来生成校准数据，该校准数据指示相对于hmd设备的初始位置的hmd设备的估计位置。位置传感器可以响应于hmd设备的运动来生成一个或更多个测量信号。位置传感器的示例可以包括但不限于：一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器、用于imu的误差校正的一种类型的传感器、或它们的任何组合。位置传感器可以位于imu的外部、imu的内部或者它们的任何组合。至少一些传感器可以使用结构光图案用于感测。
145.电子系统1600可以包括显示模块1660。显示模块1660可以是近眼显示器，并且可以以图形方式向用户呈现来自电子系统1600的信息，诸如图像、视频和多种指令。这种信息可以从一个或更多个应用模块1622-1624、虚拟现实引擎1626、一个或更多个其他硬件模块1680、它们的组合或用于(例如，通过操作系统1625)为用户解析图形内容的任何其他合适的装置中导出。显示模块1660可以使用lcd技术、led技术(包括例如oled、iled、μ-led、amoled、toled等)、发光聚合物显示(lpd)技术或某种其他显示技术。
146.电子系统1600可以包括用户输入/输出模块1670。用户输入/输出模块1670可以允许用户向电子系统1600发送动作请求。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。用户输入/输出模块1670可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备可以包括触摸屏、触摸板、麦克风、按钮、拨号盘、开关、键盘、鼠标、游戏控制器或用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送给电子系统1600的任何其他合适的设备。在一些实施例中，用户输入/输出模块1670可以根据从电子系统1600接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，可以在接收到动作请求或者已经执行动作请求时提供触觉反馈。
147.电子系统1600可以包括照相机1650，照相机1650可以用于拍摄用户的照片或视频，例如，用于跟踪用户的眼睛位置。照相机1650还可以用于拍摄环境的照片或视频，例如，用于vr应用、ar应用或mr应用。照相机1650可以包括例如具有几百万或几千万像素的互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器。在一些实施方式中，照相机1650可以包括两个或更多个照相机，它们可以用于捕获3d图像。
148.在一些实施例中，电子系统1600可以包括多个其他硬件模块1680。其他硬件模块1680中的每一个可以是电子系统1600内的物理模块。虽然其他硬件模块1680中的每一个可以被永久地配置为结构，但是其他硬件模块1680中的一些可以被临时配置成执行特定功能或者被临时激活。其他硬件模块1680的示例可以包括例如音频输出和/或输入模块(例如，麦克风或扬声器)、近场通信(nfc)模块、可再充电电池、电池管理系统、有线/无线电池充电系统等。在一些实施例中，其他硬件模块1680的一个或更多个功能可以以软件实现。
149.在一些实施例中，电子系统1600的存储器1620还可以存储虚拟现实引擎1626。虚拟现实引擎1626可以执行在电子系统1600内的应用并且从各种传感器接收hmd设备的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或它们的任何组合。在一些实施例中，由虚拟现实引擎1626接收的信息可以用于为显示模块1660产生信号(例如，显示指令)。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则虚拟现实引擎1626可以为hmd设备生成反映用户在虚拟环境中的移动的内容。另外地，虚拟现实引擎1626可以响应于从用户输入/输出模块
1670接收的动作请求在应用内执行动作，并且向用户提供反馈。所提供的反馈可以是视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈。在一些实施方式中，处理器1610可以包括可以执行虚拟现实引擎1626的一个或更多个gpu。
150.在各种实施方式中，上文描述的硬件和模块可以在单个设备上被实现，或者在可以使用有线连接或无线连接彼此通信的多个设备上被实现。例如，在一些实施方式中，一些部件或模块(例如，gpu、虚拟现实引擎1626和应用(例如，跟踪应用))可以在与头戴式显示器设备分离的控制台上被实现。在一些实施方式中，一个控制台可以被连接至多于一个hmd或者可以支持多于一个hmd。
151.在可选择的配置中，不同的和/或另外的部件可以被包括在电子系统1600中。类似地，一个或更多个部件的功能可以以不同于上文描述的方式的方式被分布在部件中。例如，在一些实施例中，电子系统1600可以被修改为包括其他系统环境，诸如ar系统环境和/或mr环境。
152.上文讨论的方法、系统和设备是示例。各种实施例可以酌情省略、替换或添加各种过程或部件。例如，在可选择的配置中，所描述的方法可以以不同于所描述的顺序来执行，和/或可以添加、省略和/或组合各个阶段。此外，关于某些实施例描述的特征可以在各种其他实施例中被组合。实施例的不同方面和要素可以以相似的方式被组合。此外，技术不断发展，并且因此许多要素是示例，其不将本公开的范围限制于那些具体示例。
153.在描述中给出了具体细节，以提供对实施例的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施实施例。例如，为了避免模糊实施例，熟知的电路、过程、系统、结构和技术已经被示出而没有不必要的细节。此描述仅提供示例实施例，并且不意图限制本发明的范围、适用性或配置。而是，实施例的前述描述将为本领域技术人员提供用于实现多种实施例的使能描述(enabling description)。在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以在要素的功能和布置方面进行各种改变。
154.此外，一些实施例被描述为过程，过程被描绘为流程图或框图。尽管每一个都可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或并发地被执行。此外，操作的顺序可以被重新排列。过程可以具有图中未包括的另外的步骤。此外，可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任何组合来实现方法的实施例。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，执行相关联的任务的程序代码或代码段可以被存储在诸如存储介质的计算机可读介质中。处理器可以执行相关联的任务。
155.对于本领域技术人员来说，将明显的是，可以根据特定的要求进行实质性的变化。例如，还可以使用定制的硬件或专用的硬件，和/或可以以硬件、软件(包括便携式软件，诸如小程序(applet)等)或者两者来实现特定的要素。此外，可以采用到其他计算设备(诸如网络输入/输出设备)的连接。
156.参考附图，可以包括存储器的部件可以包括非暂时性机器可读介质。术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”可以指参与提供使机器以特定方式操作的数据的任何存储介质。在上文提供的实施例中，各种机器可读介质可以涉及向处理单元和/或其他设备提供指令/代码以用于执行。另外地或可选择地，机器可读介质可以用于存储和/或携带这样的指令/代码。在许多实施方式中，计算机可读介质是物理存储介质和/或有形存储介质。这样的介质可以采取多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。计算机可读
介质的常见形式包括例如磁介质和/或光学介质(诸如光盘(cd)或数字多功能盘(dvd))、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、ram、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、闪存-eprom、任何其他存储器芯片或盒、如下文描述的载波、或计算机可以从中读取指令和/或代码的任何其他介质。计算机程序产品可以包括代码和/或机器可执行指令，其可以表示过程、函数、子程序、程序、例程、应用(app)、子例程、模块、软件包、类、或指令、数据结构或程序语句的任何组合。
157.本领域技术人员将理解，用于传送本文描述的消息的信息和信号可以使用多种不同的技术和技艺中的任何一种来表示。例如，在整个上文的描述中可以引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片(chip)可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或其任何组合来表示。
158.如本文使用的术语“和”以及“或”可以包括多种含义，这些含义还被预期至少部分地取决于使用这样的术语的上下文。通常，“或”如果用于关联列表，诸如a、b或c，则意图表示a、b和c(此处以包含的意义使用)以及a、b或c(此处以排他的意义使用)。此外，如本文使用的术语“一个或更多个”可以用来以单数形式描述任何特征、结构或特性，或者可以用来描述特征、结构或特性的某种组合。然而，应当注意，这仅仅是说明性的示例，并且所要求保护的主题不限于该示例。此外，术语“......中的至少一个(at least one of)”如果用于关联列表，诸如a、b或c，则可以被解释为表示a、b和/或c的任何组合，诸如a、ab、ac、bc、aa、abc、aab、aabbccc等。
159.此外，虽然已经使用硬件和软件的特定组合描述了某些实施例，但是应当认识到，硬件和软件的其他组合也是可能的。某些实施例可以仅以硬件实现，或者仅以软件实现，或者使用它们的组合来实现。在一个示例中，可以用包含计算机程序代码或指令的计算机程序产品来实现软件，所述计算机程序代码或指令可由一个或更多个处理器执行，用于执行在本公开内容中描述的任何或所有步骤、操作或过程，其中计算机程序可以被存储在非暂时性计算机可读介质上。本文描述的各种过程可以在相同的处理器上或者以任何组合在不同的处理器上实现。
160.在设备、系统、部件或模块被描述为被配置成执行某些操作或功能的情况下，可以例如通过设计执行操作的电子电路、通过对可编程电子电路(诸如微处理器)进行编程以(诸如通过执行计算机指令或代码)执行操作、或者被编程为执行存储在非暂时性存储器介质上的代码或指令的处理器或核、或者它们的任何组合来完成这样的配置。过程可以使用各种技术(包括但不限于用于过程间通信的传统技术)进行通信，并且不同的过程对可以使用不同的技术，或者同一对过程可以在不同的时间使用不同的技术。
161.因此，说明书和附图应被视为说明性的而不是限制性的。然而，将明显的是，在不脱离如在权利要求中阐述的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行添加、删减、删除以及其他修改和改变。因此，尽管已经描述了具体实施例，但是这些实施例并不意图是限制性的。各种修改和等同物都在所附权利要求的范围内。