CN102201428A - 光电装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光电(photonic)装置及其制作方法，适用于发出包含白光的全光谱光线(full spectrum of lights)。此装置包含成长于一基底上的二个或更多的发光装置，每个发光装置各自受到控制而发出不同波长的光线。一发光结构是形成于上述基底上，并借由蚀刻将上述发光结构分成多个部分，而将其分配为二或多个发光装置。在上述发光装置的至少一个涂覆有一荧光材料，因此当上述发光结构发出相同波长的光线时，借由上述发光装置来产生不同波长的光线。本发明可缩减尺寸，提升每个光源之间的均匀度；延长显示器产品的可用寿命；不再发生使用直线的传统切割限制；使用成熟的硅晶技术而在晶片级的条件下完成。

Description

光电装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体装置及其制造方法，尤其涉及集成光电装置。
背景技术
一发光装置(light-emitting device；LED)-如此处所使用的，是一半导体光源，其具有一发光二极管与选用的光子激发光(photoluminescence)材料-在此处也称其为荧光材料，以发出一特定波长或一波长范围的光线。LED在传统上是用于指示灯具，而用于显示器的情况则有增加的趋势。当一电压施加在由具有相反特性的掺杂物的半导体材料层所形成的P-N结(p-n junction)时，一LED就会发出光线。可以使用不同材料来发出不同波长的光线，其是借由变换半导体层的能隙(bandgap)与在上述P-N结中制造一活性层(activelayer)。上述施加的电压是控制光线的强度。此外，上述选用的荧光材料会改变上述LED所产生的光线的性质。
在LED显示器中，通常使用多个LED，以形成一彩色的图像像素。在一例子中，是使用具有不同成分、独立发光与控制手段的分离的LED来作为红、绿、蓝的独立光源，将这些光源分组或一起驱动来形成一个像素。当上述各自的LED受到激发与控制时，上述像素可产生全光谱(full spectrum)的颜色。随着显示器的老化，此显示器的白色点(white point)会因为不同颜色的LED有不同的老化速率而移动。此显示器的解析度也会降低，因为一个像素具有三个或更多的LED及其相关的光学元件及电路系统。
一LED也可以用来产生白光。一白光LED通常经由应用多种荧光物质-以混合物的形式或多个荧光层，来产生多种颜色的光线。上述荧光物质会将蓝光或其他波长较短的光线转成波长较长的光线。白色的感受是借由称作加法混色(additive mixing)的程序来产生各种波长的混合光线来刺激人类眼睛中三种感光锥细胞(红、绿、蓝)而产生，这些混合光线的光量与背景相近、而亮度则高于背景亮度。上述白光LED可用来照明，例如作为各种显示装置的背光装置，而通常与一液晶显示器(liquid crystal display；LCD)相关。在LED的背光装置存在有数种挑战。由于制造的因素及LED的老化，而难以达成良好的均匀度，其中每个LED的老化速率可能不同。因此，常常会看到荧幕上某个区域的色温或亮度会随着显示器的老化而变化，而根据记录显示，色温的变化会达到数百度的绝对温标。
LED显示器对于较高的显示解析度与一致的老化的需求逐渐增加。能达成高解析度的彩色显示而不需要LCD、及/或可允许借由调整来确保制造后与老化过程中的均匀色温的LED设计，是为业界所寻求。
发明内容
有鉴于此，本发明是提供一种光电(photonic)的装置，适用于发出包含白光的全光谱光线(full spectrum of lights)，包含：一基底；一第一发光装置(lightemitting device；LED)，位于上述基底的一第一部分上，上述第一发光装置具有一第一发光结构以发出第一光线；一第二发光装置，位于上述基底的一第二部分上，上述第二发光装置具有一第二发光结构以发出第二光线、与一第一荧光层以将上述第二光线转换成第三光线，上述第二光线与上述第三光线不同；一第三发光装置，位于上述基底的一第三部分上，上述第二发光装置具有一第三发光结构以发出第四光线、与一第二荧光层以将上述第四光线转换成第五光线，上述第四光线与上述第五光线不同；以及连接于多个电极的多个导体，以各自控制上述第一发光装置、上述第二发光装置与上述第三发光装置，其中上述第一发光结构、上述第二发光结构与上述第三发光结构包含相同的材料与厚度。
本发明是又提供一种光电装置，适用于发出包含白光的全光谱光线，包含：一基底；一第一发光装置，位于上述基底的一第一部分上，上述第一发光装置具有一第一发光结构以发出第一蓝光；一第二发光装置，位于上述基底的一第二部分上，上述第二发光装置具有一第二发光结构以发出第二蓝光、与一第一荧光层以将上述第二蓝光转换成红光；一第三发光装置，位于上述基底的一第三部分上，上述第二发光装置具有一第三发光结构以发出第三蓝光、与一第二荧光层以将上述第三蓝光转换成绿光；连接于多个电极的多个导体，以各自控制上述第一发光装置、上述第二发光装置与上述第三发光装置；以及一单透镜(single lens)，其置于所有的上述第一发光装置、上述第二发光装置与上述第三发光装置之上。
本发明又提供一种光电装置，适用于发出包含白光的全光谱光线，包含：一半导体基底；一第一发光装置，位于上述基底的一第一部分上，上述第一发光装置具有一第一发光结构以发出第一光线；一第二发光装置，位于上述基底的一第二部分上，上述第二发光装置具有一第二发光结构以发出第二光线、与一第一荧光层以将上述第二光线转换成第三光线，上述第二光线与上述第三光线不同；连接于多个电极的多个导体，以各自控制上述第一发光装置与上述第二发光装置，其中上述第一发光结构与上述第二发光结构包含相同的材料与厚度、并同时形成。
本发明又提供一种光电装置，适用于发出包含白光的全光谱光线，包含：一成长基底；一第一发光装置，位于上述成长基底的一第一部分上，上述第一发光装置具有一第一发光结构以发出第一蓝光或紫外光；一第二发光装置，位于上述成长基底的一第二部分上，上述第二发光装置具有一第二发光结构以发出第二蓝光或紫外光、与一第一荧光层以将上述第二蓝光或紫外光转换成黄光；以及连接于多个电极的多个导体，以各自控制上述第一发光装置与上述第二发光装置；其中上述第一发光结构与上述第二发光结构包含相同的材料、并同时形成。
本发明又提供一种光电装置的制造方法，包含：提供一成长基底；在上述成长基底形成一发光结构，上述发光结构具有：一第一掺杂层，掺杂有一第一导电形态的一第一掺杂物；一第一活性层，位于上述第一掺杂层上；及一第二掺杂层，掺杂有一第二导电形态的一第二掺杂物，上述第二导电形态与上述第一导电形态相反；使用上述发光机构来形成多个发光装置，其中上述多个发光装置得至少一个具有一荧光层；以及将上述多个发光装置连接于一封装基板。
本发明又提供一种彩色显示器，包含：多个像素，每个像素具有一光电装置，上述光电装置具有：一基底；形成于上述基底上的多个发光装置，上述多个发光装置的每一个所发出的光线的颜色异于其他的发光装置所发出的光线的颜色；一透镜，位于上述多个发光装置上；以及用于控制上述多个发光装置的每一个的各自的光线强度的装置。
本发明可缩减尺寸，提升每个光源之间的均匀度；延长显示器产品的可用寿命；不再发生使用直线的传统切割限制；使用成熟的硅晶技术而在晶片级的条件下完成。
附图说明
图1、图2为流程图，是显示本发明数个形态的集成光电装置的制造方法。
图3-图5B是显示图1、图2的方法的某些实施例的不同制造阶段的集成光电装置。
图6A-图6D为一系列的俯视图，是显示各种实施例中的各种多LED芯片的配置。
图7A-图7F为一系列的侧视图，是显示各种实施例中的各种多LED芯片的配置。
图8A、图8B为一侧视图与一俯视图，是显示各种实施例中的一多像素芯片的配置。
其中，附图标记说明如下：
11～方法                12～方法
13～步骤                15～步骤
16～步骤                17～步骤
18～步骤                19～步骤
30～发光结构            31～基底(成长基底)
33～掺杂层              35～多重量子层(活性层)
37～掺杂层              39～荧光层
41～荧光层              43～沟槽(分隔道)
45～部分(LED)(LED部分)  47～部分(LED)(LED部分)
49～部分(LED)(LED部分)  51～连接层
53～半导体基底          61～红色
62～边界                63～绿色
65～蓝色                67～黄色
71～LED                 72～LED
73～沟槽(分隔道)               74～荧光层
75A～基底贯穿孔                75B～基底贯穿孔
76～基底贯穿孔                 76A～基底贯穿孔
76B～基底贯穿孔                77～导线
78～电极                       79～电极
80～导线(焊线)                 81～端点
82～电极                       83～导线(焊线)
84～端点                       85～封装基板
86～电极                       87～焊垫
88A～贯穿孔                    88B～贯穿孔
91～像素                       92～像素
具体实施方式
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
要了解的是本说明书以下的揭示内容提供许多不同的实施例或范例，以实施本发明的不同特征。而本说明书以下的揭示内容是叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以求简化发明的说明。当然，这些特定的范例并非用以限定本发明。例如，若是本说明书以下的揭示内容叙述了将一第一特征形成于一第一特征之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，也包含了还可将附加的特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与上述第二特征可能未直接接触的实施例。另外，本说明书以下的揭示内容可能在各个范例中使用重复的元件符号，以使说明内容更加简化、明确，但是重复的元件符号本身不会使不同的实施例及/或结构之间产生关联。
图1、图2是示出本发明相关的集成光电装置的制造方法11与12的流程图。图3-图5B是不连续地图示本发明的某些实施例相关的制造阶段中的集成光电装置。本发明的集成光电装置具有一或多个LED，其可分开控制且从同一个芯片所制造出来。可将这些LED分类成像素，而上述光电装置可包含一或数个像素。上述光电装置可以是具有多个光电装置的一显示器或照明装置的一部分，可单独或一起控制这些光电装置。上述光电装置也可以是一集成电路(integrated circuit；IC)芯片或系统整合芯片(system-on-chip；SOC)的一部分，其可以包含各种的无源与有源的微电子装置，例如电阻器、电容器、电感器、二极管、金属-氧化物-半导体场效应晶体管(metal-oxidesemiconductor field effect transistor；MOSFET)、互补式金属-氧化物-半导体(complementary metal-oxide semiconductor；CMOS)晶体管、双极性结晶体管(bipolar junction transistor；BJT)、横向扩散金属-氧化物-半导体(laterallydiffused metal-oxide semiconductor；LDMOS)晶体管、高功率金属-氧化物-半导体晶体管、或其他种类的晶体管。请了解上述附图是简化的附图，以有助于更清楚地了解本发明的特征。因此，应注意的是可在已知工艺方法之前、之中、之后提供额外的工艺来取代已叙述的工艺，以达成图1、图2的相同功效，而可以仅简单叙述某些其他的工艺，且各种已知制成可用来取代已叙述的工艺以达成相同的功效。
请参考图1，方法11是从提供一基底的步骤13开始。上述基底具有适用于成长一发光结构的材料。因此，也可将上述基底称为成长基底或成长晶片。在一实施例中，上述基底包含蓝宝石；在其他实施例中，上述基底可包含碳化硅、硅、或其他适用于成长上述发光结构的材料。在步骤15中，是在上述基底上形成一发光结构。上述发光结构通常是一发光二极管(lightemitting diode)。而一发光装置(light-emitting device；LED)-在此处使用的名词，是包含一发光二极管、用以控制上述发光二极管的至少一电极、与用以转换上述发光二极管所发出的光线的波长的选用的荧光材料。
图3是显示在基底31上的发光结构30，发光结构30是形成于基底31上。在本实施例中，发光结构30是具有一掺杂层33、一多重量子(multiplequantum well layer；MQW)层35、与一掺杂层37。掺杂层33、37是掺杂有相反的导电形态的掺杂物的半导体层。在某些实施例中，掺杂层33是具有一N型的氮化镓材料，而掺杂层37是具有一P型的材料；在其他实施例中，掺杂层33可具有一P型的氮化镓材料，而掺杂层37可具有一N型的氮化镓材料。图3所示的多重量子层35是具有活性材料的交替(或周期性)层，例如氮化镓与氮化铟镓。例如在一实施例中，多重量子层35是具有10层的氮化镓与10层的氮化铟镓，其中一氮化铟镓层是形成于一氮化镓层上，而另一个氮化镓层则形成于上述氮化铟镓层上，并一直反复下去。
在图3中，掺杂层33、多重量子层35与掺杂层37均是借由在本技术领域中已知的外延成长工艺所形成。在上述外延成长工艺中，是以基底31为晶种，而掺杂层33、多重量子层35、与掺杂层37的晶格结构及取向均实质上与基底31的晶格结构及取向相同。在完成上述外延成长的工艺之后，借由在掺杂层33与掺杂层37沉积多重量子层35而在本质上形成了一P-N结(或一P-N二极管)。当在掺杂层33与掺杂层37之间施加电压时，一电流流经发光结构30，而多重量子层35则发出辐射。多重量子层35所发出的光线的颜色是与所发出的辐射的波长相关，可借由改变构成多重量子层35的材料的成分与结构来改变上述辐射的波长。
形成发光结构30的工艺可视需求包含形成图3未示出的额外层，例如可包含位于基底31与掺杂层33之间的一缓冲层。可以未掺杂的掺杂层33的材料或其他类似的材料来形成一适当的缓冲层，例如若掺杂层33(第一掺杂层)为氮化镓，则缓冲层可以是氮化铝。另外，也可以在掺杂层37的上方额外或替代性地掺杂层37加上一反射层或一欧姆接触层。一光反射层可以是金属，例如铝、铜、钛、银、上述的合金、或上述的组合。可借由一物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)或一化学气相沉积(chemical vapordeposition；CVD)或本技术领域中已知的其他工艺来形成上述光反射层。可作为上述额外层的其他层可以是一氧化铟锡(indium tin oxide；ITO)层。
请参考图1，在步骤17中，是使用上述发光结构来形成不同的LED，这些LED在形成后仍一起位于同一个基底上，然而是各自受到控制的结构。上述LED具有相同的发光结构，其均是在步骤15中所沉积的。独立的LED的形成是包含至少将上述发光结构分离成不同部分，因此可借由分别在上述发光结构施加电压而各自控制发光。通常但非总是，每个LED部分是具有二个电极及相关的电路系统。在某些实施例中，可由数个LED共用一个电极。
至少一个LED所发出的光线的波长是不同于其他的LED所发出的光线的波长。而由于上述LED的发光结构是在同一个步骤中同时形成，而会发出相同的辐射，通常是蓝光或紫外光。为了将至少一个LED所发出的光线转换为另一个波长的光线，是经由使用一光子激发光(photoluminescence)材料-通常是一荧光材料来达成。因此，可以说是这些LED中的一个所发出的光线的波长是不同于其他的LED所发出的光线的波长，即使所有的LED所具有的活性层是发出相同的光线。已知有多种的荧光材料可用来将光线转换成不同波长的光线。
LED之间具有相同的发光结构的这项特定的特征，与具有数个各自制造的LED的传统的像素相比，可改善制造过程与老化过程的均匀性。即使在不同的晶片或同一个晶片的LED在制造过程中的均匀度会有变化，在晶片中非常相近的位置所形成的材料的变异度并不大。在一传统的图像像素中使用多个LED例如红、绿、蓝的LED群时，上述LED可能包含来自不同的晶片、在不同的时间所制造的不同层，因为这些层是分开制造，而使每个LED可能会对操作条件有不同的反应而因此具有不同的老化特性。根据本发明的各种实施例，是从同一个基底上的一个发光结构来形成多个LED，如此可确保此发光结构材料的性质是尽可能地相近，而减低了可能发生的LED老化不同调的问题。
在某些实施例中，是从上述发光结构来形成二个LED，其中一个LED可发出蓝光而另一个LED可发出黄光，将其二者的光线合在一起，则可以感受到白光。上述蓝光可以是直接从发出蓝光的活性层所产生的光线、或是经由一荧光物质而从其他色光所转换而来例如将紫外线转换成蓝光。而黄光的产生，则是借由将蓝光或紫外光转换成黄光。
在不同的实施例中，是从上述发光结构来形成三个LED，来产生蓝光、绿光与红光，将这些光线合在一起，则可以感受到白光。上述蓝光可以是直接从发出蓝光的活性层所产生的光线、或是经由一荧光物质而从其他色光所转换而来例如将紫外线转换成蓝光。而绿光与红光的产生，则是借由将蓝光或紫外光转换成绿光与红光。
从上述发光结构所形成的上述LED可各自接受控制。借由控制施加在上述LED上的电压，则产生不同强度的不同色光。这些色光的组合，除了产生白光之外，还可以用来产生全光谱的色光。本发明本领域普通技术人员应可了解上述概念可用来产生全光谱光线(full spectrum of lights)的一个子集(subset)，其是借由使上述LED包含不同的荧光材料。此概念也可扩展至非可见光，例如可使紫外光通过这些LED并转换成其他光线，并将这些光线合在一起而模拟出阳光。
可借由数种手段来达成使用上述发光结构来形成不同LED的步骤17。请参考图2，图1中的步骤17的一个实施例是示于步骤16与18。在步骤16中，是在上述发光结构的一部分上形成一荧光层，此荧光层是示于图4中的荧光层39，荧光层39的形成可使用各种的技术。
根据某些实施例，可使用传统的半导体技术例如旋转涂布法(spin coating)与化学气相沉积法来形成一荧光层，然后再掩模并移除其一部分，以完成所需的荧光层39。可借由旋转涂布法将液态的荧光材料均匀地涂布在上述发光结构的上表面上，可借由加热此晶片来将此涂层熟化。然后，可使用传统的光刻工艺来将此荧光材料图形化，并可借由已知的蚀刻方法来移除此荧光材料的一部分。
可在上述发光结构的不同部分上，加上额外的荧光层，例如图4的荧光层41。在一例子中，荧光层39与41是包含不同的荧光材料，而可以将活性层35所发出的光线转换成不同的色光，例如红色或绿色。可借由附加的旋转涂布、图形化与蚀刻的步骤，在沉积荧光层39之后沉积荧光层41。因此，可各自加上多层未重叠的荧光材料。
根据其他的实施例，可使用印刷的方法将上述一或多个荧光层涂覆至一晶片上。适用于半导体工艺的印刷工艺已为本发明本领域普通技术人员所了解，故在此不再详述其细节。一般而言，是将预先定义的荧光物质图形印刷或连接至上述晶片，通常会使用某种粘着剂。也可以将上述荧光物质图形印刷至晶片的各自的层中，用已形成每一层的荧光物质。
请参考图2，在步骤18中，是将上述发光结构分成数个部分，定义出至少二个LED。优选的情况是在动作的状态下，每个LED会产生不同颜色的光线。图5A是显示将一发光结构分成代表三个LED的三个部分45、47、49。对上述发光结构进行蚀刻而形成定义出分隔道的一沟槽43，沟槽43是深入上述发光结构中，而至少物理性地将掺杂层37与活性层35分割成三个部分。在某些实施例中，沟槽43会经由基底31与下掺杂层33之间的任何的中间层而到达基底31；在其他实施例中，沟槽43可以仅到达一中间层例如为一缓冲层；在上述LED共用一下电极的实施例中，沟槽43可到达一导体层例如一欧姆接触层或下掺杂层33。在蚀刻出沟槽43之后，可以以一绝缘物质来涂覆沟槽43的侧壁，以确保相邻的LED之间的电性绝缘。在某些实施例中，可以使用一绝缘材料来填满沟槽43。
在某些实施例中，是在将上述发光结构分成数个部分以定义出至少二个LED的工艺中，移除图5A的成长基底31，如图5B所示。一半导体基底53是经由一连接层51，连接于发光结构30的与成长基底31相反的表面上。优选但非必要地，可使用一反射层或镜面层(未示出)来分隔连接层51与发光结构30。然后，就可以移除成长基底31。
有数种已知的方法可以用来移除成长基底31。在一例子中，是以电磁辐射(例如为激光)来处理成长基底与第一群组的III/V族半导体层(掺杂层33)之间的界面，来使位于上述界面的材料发生分解。此界面可以是一缓冲层或一未掺杂的氮化镓层。如此一来，成长基底31例如为蓝宝石，可以受到举离(lift off)而被移除。
在移除成长基底31之后，可以将荧光层39与41涂覆在与半导体基底53相反的表面上。但是，将上述发光结构分成数个部分以定义出至少LED45、47、49的工艺，可以在移除成长基底31之前或之后进行。可以在连接半导体基底53之前，先蚀刻发光结构30以定义出分隔道43。在这些实施例中，分离LED部分45、47、49的分隔道43可以隔离、也可以未隔离第一掺杂层33。如图5B所示，分隔道43是分割了掺杂层37与活性层35，而未穿透掺杂层33。
在其他实施例中，是在将半导体基底53连接至发光结构30之后，将发光结构30分割成数个LED部分。另外，可以从位于与图5B所示的掺杂层37相反位置的掺杂层33，形成分隔道的开口。
借由使用光刻工艺，用于一单一芯片的沟槽图形可以有很多形状，而不限于传统的LED工艺的直线。每个具有超过一个LED的芯片是为一多LED芯片。可将每个芯片制成一集成光电装置。图6A-图6D是显示数个用于多LED芯片的俯视图架构。用于各自的LED的表面积的大小，是可以根据最终产品的设计与所使用的材料来分配。例如用于以蓝光与黄光来产生白光的二个LED的芯片，可具有根据所需的白色色温而分配的LED面积。在图6A中，是显示具有红色61、绿色63、与蓝色65的三个LED的芯片。结合前文对图5所作的说明，在LED之间的边界62是沟槽或分隔道，其分割出每个LED的发光结构。如图6A所示，红色61的部分的面积是分别大于绿色63的部分与蓝色65的部分的面积。而实际上的分配设计是会与荧光层的性质有关。要注意的是，光线会被发射至所有的方向。因此，可预期会有光线是经由活性层的边缘而从芯片的分隔道与边缘射出。在芯片上的LED分配会将边缘设出的光线列入考量。例如在图6B中，是显示具有蓝色65与黄色67的二个LED的芯片。图6B所示的设计可用于不希望在芯片的边缘射出蓝光的情况，因此是以黄色LED 67围绕蓝色LED 65。图6C是显示又另一种配置，其中各LED是排列成带状，各种颜色可以任意排列，其可能性有很多。在图6D中，是显示一五个LED的芯片，每个LED是产生不同颜色的光。在一个多LED芯片所产生的光线的波长可以重叠或不重叠。当使用波长有某种程度重叠的芯片，此多LED芯片可用来产生接近真实白色的光线。一种应用是全光谱的照明，其中包含了一些紫外线，以模拟阳光。另一方面，图6D的五个LED的芯片可包含重复的颜色，例如以相同或有轻微不同的波长重复了其中红色61与绿色63二个颜色，其是分开受到控制。
一旦将上述发光装置分成数个部分以定义出至少二个贴附在基底的LED，可以在上述LED上形成数个电性接点，以在操作的过程中控制上述LED。优选的情况是，借由至少一个分离的电性接点来各自控制上述LED。图7A～图7B是显示使用基底贯穿孔(through substrate via；TSV)与线路的电性接点的不同的实施例。请注意可以在以沟槽分离LED部分之前、之后、或其同时，以钻孔或蚀刻的方式来形成基底贯穿孔。形成上述适当结构的方法，在本技术领域中是已知的技术。本发明本领域普通技术人员应可适当地设计出适用于达成其所需结构的制造流程。
图7A是显示被沟槽73所分离的二个LED 71与72。LED 71是包含一荧光层74。如图7A所示，沟槽73是将掺杂层33与37及活性层35分成二个部分。基底贯穿孔75A、75B、76A、76B是从基底31的一背面形成至进入上述发光结构。在图7A中，基底贯穿孔75A、75B的延伸是经过活性层35而进入掺杂层37。基底贯穿孔75A、75B是上基底贯穿孔。在某些实施例中，基底贯穿孔75A、75B的延伸可经过掺杂层37而进入一欧姆接触层、一氧化铟锡(indium tin oxide；ITO)层、或一电极层。基底贯穿孔75A、75B是由一导电体例如金属所填满，以将电传导至掺杂层37。上述导电体可以是铜、铝、钛、或其他在半导体的制造方面常用的导体。上述导电体是在基底贯穿孔75A、75B中与活性层35、掺杂层33绝缘。这样的绝缘可借由在沉积上述导电体之前先在基底贯穿孔涂覆一介电材料来达成。关于在LED中使用基底贯穿孔的进一步的细节，可参考发明名称为“具有贯穿孔连接的发光装置(Light Emitting Device with Through Via Connection)”的在2010年2月12日在美国提出专利申请的申请号“12/704,974”的美国专利申请案，其所有的揭示内容在此处被援引作为参考资料。
如图7A所示，基底贯穿孔76A、76B的延伸是穿透基底31而进入第一掺杂层33。基底贯穿孔76A、76B是下基底贯穿孔。在其他实施例中，基底贯穿孔76A、76B可未延伸至第一掺杂层33，而停在一中间层例如为一缓冲层(未示出)。与基底贯穿孔75A、75B相似，基底贯穿孔76A、76B可受到适当的绝缘。在动作中，电压的施加是横跨活性层35而贯穿基底贯穿孔，经由基底贯穿孔75B、76B来控制LED 71，经由基底贯穿孔75A、76A来控制LED 72。借由电压的改变，来控制用于LED 71与72的发光结构所发出的光线的强度。在芯片上的LED 71与72是一起发出多色的光线。可借由改变各自的LED 71与72所发出的光线的强度，来改变所产生的光线的光谱分布。例如在一具有红光、绿光、蓝光的LED的三个LED的芯片中，可各自开启或关闭每一个颜色的LED，以从单一的芯片产生所有的光谱的光线。对光线的强度作更精细的控制，可以调整例如白光的色温，以对老化与制造上的均匀度的问题作补偿。
图7B是显示图7A所示的变化例，其中整并了基底贯穿孔76A、76B，而成为图中所示的基底贯穿孔76。也可各自控制图7B的LED 71与72，借由改变通过基底贯穿孔75A、76的电压来控制LED 72，而借由改变通过基底贯穿孔75B、76的电压来控制LED 71。
在将上述发光结构分成数个LED部分之后，在上述LED中或上述LED上分别形成基底贯穿孔与电极。然后沿着切割线切割或分切上述晶片，而成为数个多LED芯片。请退回去参考图1与图2，在形成上述LED之后，在步骤19中将上述LED连接至一封装基板。一封装基板是包含用以连接至LED电极的多个端点。封装基板可经由基底贯穿孔或外部连接来连接至上述LED芯片。
图7C所显示的实施例是用于LED 71的电极86的其中一个经由导线77而外部连接于一电极78。请注意借由具有外部电极86而减少了活性层的面积。图7D是显示本发明某些实施例相关的架构，其中每个LED 71与72是外部连接于封装基板85上的端点。如图所示，LED 71具有经由导线80而连接至端点81的一嵌入式的电极79。另一方面，如图所示，LED 72是具有位于掺杂层37的上方、且经由导线83连接至端点84的一电极82。焊线80与83是本技术领域中的已知技术，其可以是金线或铜线，而也可使用以其他金属或合金所制造的其他种类的导线。端点81与84可以是安装上述芯片的封装基板85的一部分。可以在上述LED芯片与封装基板85之间使用一粘着层或一连结层(未示出)。
图5E是显示另一个实施例，其中一个电极是内部电极，另一个电极是外部电极。基底贯穿孔76A、76B是连接于封装基板85上的焊垫87。从封装基板85，其他基底贯穿孔88A、88B是连接于外部电路系统。在其他例子中，焊垫87是水平横跨封装基板85以连接至封装基板85上的外部端点。另外，可以由各种电性连接结构例如软焊料凸块(solder bump)，来取代焊垫87。在其他的例子中，上述多LED芯片是不使用焊垫87，而是直接经由静电力而直接连接于封装基板，或者可将电路系统内建于封装基板85内。
图7F是显示如图5B所示及前文对图5B所叙述的先将成长基底移除的实施例。在图7F中，基底贯穿孔76A、76B是电性连接于掺杂层37，而一电极82是电性连接于掺杂层33。LED部分是由分隔道所分离，其是在经由连接层51连接半导体基底53之前蚀刻而成。一荧光层74覆盖一部分的表面。图7F所示结构是具有将产生光的表面最大化的特征，因为在表面上并未形成任何的沟槽(分隔道)。图7F所示结构的一变化例可以是分隔道73穿透掺杂层33。在此变化例中，可以在连接半导体53之前从掺杂层37蚀刻而形成分隔道73，或是在移除上述成长基底之后而从掺杂层33蚀刻而形成分隔道73。在某些例子中，可以先从一个方向蚀刻、再从另一个方向蚀刻，来形成分隔道73。
在各种实施例中，可在形成电极与连接封装基板之前，将图7A～图7F所示的多LED芯片翻面。将上述多LED芯片翻面可借由重置元件的位置，而将这些元件从原本会阻挡光线射向特定的方向的位置移开，而可以改善光线的品质。例如，一倒装芯片的产品可具有安装在上述多LED芯片的靠近上述封装基底的下侧的电极与导线。
上述LED较好为被某些光学元件例如透镜所覆盖，而可以使用一个单一的芯片来覆盖整个多LED芯片。在某些例子中，上述多LED芯片的每一个LED，是可以分别受到一个芯片的保护。通常是以模具将一芯片形成至已完成的芯片/封装体上，其中上述芯片可以是一透明材料，例如聚硅氧(silicone)或其他的塑胶。透镜的材料可包含具有所欲的光学性质的粒子，例如为滤光体(filter)、漫射体(diffuser)、与反光体(reflector)。
透镜的材料也可包含光子激发光材料，例如为荧光物质。可将这些材料嵌于上述透镜原料中、或涂附至上述结构的一内表面。根据各种实施例，一多LED芯片可在芯片上的一或多个芯片上的LED上具有一种荧光物质，而在上述透镜中具有一种不同的荧光物质，以达成所需的功效。例如上述发光结构可发出一紫外光，其由上述透镜中的荧光物质转换成蓝光，而LED部分则将上述紫外光转换成红光与绿光，并使上述红光与绿光通过上述透镜材料。这些光线合在一起而被感受为白色光。
前文对图1～图7E的相关叙述中所讨论的实施例，是可以将多LED光电装置集积在一个芯片。对多芯片提供单一的芯片不但可缩减尺寸，还可以提升每个光源之间的均匀度。对每个LED分开控制可以延长显示器产品的可用寿命，因为可以补偿色温的偏移。这些多LED芯片可用作显示器，例如LED电视，而不使用液晶显示器。因为可让上述LED使用光刻工艺，就不再发生使用直线的传统切割限制。显示器的设计者可作出独特的LED形状，以达成各种功效。此外，在集积化之后进行的工艺-包含芯片工艺与封装工艺，可使用成熟的硅晶技术而在晶片级的条件下完成。
在本说明书所揭示的发明的应用，并不限于形成一个像素的多LED芯片。在本说明书所揭示的发明的应用，也可扩展至用于一集成光电装置(integrated photonic device)的多像素芯片。一个彩色图像像素需要三个LED，其中每一个LED是用来产生不同的光线。即使在本说明书所叙述的多LED芯片可作为一个彩色图像像素，而本发明本领域普通技术人员应会注意到可相当程度地增加上述多LED芯片的尺寸，而形成数个彩色图像像素，或者是甚至形成一整个显示器。图8A是显示一剖面图，其显示在相同的基底31上形成至少二个像素91与92。如图8B所示，这样的多像素芯片可具有四个像素。使用基底贯穿孔来作为内部电极与使用半导体工艺技术，是减少了LED所占用的面积，而可以使像素间的距离变得非常小。像素间的距离可以是例如小于1.2mm、小于1.0mm、小于0.8mm、或甚至小于20微米。上述多像素芯片的尺寸甚至可以达一整个晶片基底的尺寸，而随着上述基底尺寸的不同，可具有数千、数百万、或甚至数十亿个LED。
虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本发明本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种光电装置，适用于发出包含白光的全光谱光线，包含：
一基底；
一第一发光装置，位于该基底的一第一部分上，该第一发光装置具有一第一发光结构以发出第一光线；
一第二发光装置，位于该基底的一第二部分上，该第二发光装置具有一第二发光结构以发出第二光线、与一第一荧光层以将该第二光线转换成第三光线，该第二光线与该第三光线不同；
一第三发光装置，位于该基底的一第三部分上，该第二发光装置具有一第三发光结构以发出第四光线、与一第二荧光层以将该第四光线转换成第五光线，该第四光线与该第五光线不同；以及
连接于多个电极的多个导体，以各自控制该第一发光装置、该第二发光装置与该第三发光装置，其中该第一发光结构、该第二发光结构与该第三发光结构包含相同的材料与相近厚度。
2.如权利要求1所述的光电装置，还包含一透镜，其置于所有的该第一发光装置、该第二发光装置与该第三发光装置之上。
3.一种光电装置，适用于发出包含白光的全光谱光线，包含：
一基底；
一第一发光装置，位于该基底的一第一部分上，该第一发光装置具有一第一发光结构以发出第一蓝光；
一第二发光装置，位于该基底的一第二部分上，该第二发光装置具有一第二发光结构以发出第二蓝光、与一第一荧光层以将该第二蓝光转换成红光；
一第三发光装置，位于该基底的一第三部分上，该第二发光装置具有一第三发光结构以发出第三蓝光、与一第二荧光层以将该第三蓝光转换成绿光；
连接于多个电极的多个导体，以各自控制该第一发光装置、该第二发光装置与该第三发光装置；以及
一单透镜，其置于所有的该第一发光装置、该第二发光装置与该第三发光装置之上。
4.如权利要求3所述的光电装置，其中上述多个导体为多个基底贯穿孔中的金属，其中上述多个基底贯穿孔包含用于各发光装置的一下基底贯穿孔与一上基底贯穿孔，用于该第一发光装置、该第二发光装置与该第三发光装置的下基底贯穿孔是彼此电性连接的。
5.一种光电装置，适用于发出包含白光的全光谱光线，包含：
一半导体基底；
一第一发光装置，位于该基底的一第一部分上，该第一发光装置具有一第一发光结构以发出第一光线；
一第二发光装置，位于该基底的一第二部分上，该第二发光装置具有一第二发光结构以发出第二光线、与一第一荧光层以将该第二光线转换成第三光线，该第二光线与该第三光线不同；
连接于多个电极的多个导体，以各自控制该第一发光装置与该第二发光装置，其中该第一发光结构与该第二发光结构包含相同的材料与相近厚度、并同时形成。
6.一种光电装置，适用于发出包含白光的全光谱光线，包含：
一成长基底；
一第一发光装置，位于该成长基底的一第一部分上，该第一发光装置具有一第一发光结构以发出第一蓝光或紫外光；
一第二发光装置，位于该成长基底的一第二部分上，该第二发光装置具有一第二发光结构以发出第二蓝光或紫外光、与一第一荧光层以将该第二蓝光或紫外光转换成黄光；以及
连接于多个电极的多个导体，以各自控制该第一发光装置与该第二发光装置；其中
该第一发光结构与该第二发光结构包含相同的材料、并同时形成。
7.如权利要求6所述的光电装置，还包含一透镜，其置于所有的该第一发光装置与该第二发光装置之上。
8.如权利要求6所述的光电装置，其中上述多个导体为金属导线或多个基底贯穿孔中的金属，其中上述多个基底贯穿孔包含用于各发光装置的一下基底贯穿孔与一上基底贯穿孔，用于该第一发光装置与该第二发光装置的下基底贯穿孔是彼此电性连接的。
9.一种光电装置的制造方法，包含：
提供一成长基底；
在该成长基底形成一发光结构，该发光结构具有：
一第一掺杂层，掺杂有一第一导电形态的一第一掺杂物；
一第一活性层，位于该第一掺杂层上；及
一第二掺杂层，掺杂有一第二导电形态的一第二掺杂物，该第二导电形态与该第一导电形态相反；
使用该发光机构来形成多个发光装置，其中上述多个发光装置的至少一个具有一荧光层；以及
将上述多个发光装置连接于一封装基板。
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