CN108140688A - 半导体结构 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露了一种适用于处理光信号的半导体结构(100)，半导体结构(100)包括：一第一类型半导体层(101)；一第二类型半导体层(102)；一主动层(103)(active layer)，位于第一类型半导体层(101)和第二类型半导体层(102)之间；一反射层(R)(reflector)，覆盖第一类型半导体层(101)和第二类型半导体层(102)的表面；一第一焊盘(101a)，设置在覆盖第一类型半导体层(101)的反射层(R)的顶部表面上；第二焊盘(101b)，设置在覆盖反射层(R)的顶部表面上或第二类型半导体层(102)上；一孔洞(P)(aperture)，设置在第一类型半导体层(101)的顶部表面并穿过反射层(R)；以及一光收集模块(C)，设置环绕孔洞(P)或覆盖反射层(R)的顶部表面。

Description

半导体结构
技术领域
本发明关于一种半导体结构的领域，并且更具体地涉及一种处理光的结构。
背景技术
光互连(Optical Interconnect)是通过光缆(optical cables)进行通信的一种方式。与传统电缆相比，光纤(optical fibers)具有更高的频带宽，从10Gbit/s到100Gbit/s。该技术目前正引入一种作为将电脑与行动装置，以及电脑内的主机板和设备相连接的方式。在光互连装置中提供光源的众所皆知的技术是由激光或垂直共振腔面射型激光(以下简称VCSEL)制造。近来，对于短距离光互连数据传递(short distance opticalinterconnection data transitive)，VCSEL光源考虑被如发光二极管(LED)等发光装置，共振腔发光二极管(Resonant cavity LED)或用于降低成本的简化激光替代。另外，光信号传递模块的光损耗较小，也可以审慎考虑用形成于短距离数据通信的简化的波导通道(waveguide channel)。低成本高速短距离数据通信或短距离高光学质量传递模块可应用于许多消耗性电子设备，如USB驱动器，高质量图像连接器，硬碟驱动器连接以及电子设备互连。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于处理光信号的半导体结构。该半导体结构包括：一第一类型半导体层；一第二类型半导体层；一主动层，位于该第一类型半导体层和该第二类型半导体层之间；一反射层，覆盖该第一类型半导体层和该第二类型半导体层的表面；一第一焊盘，设置在覆盖该第一类型半导体层的该反射层的顶部表面上；一第二焊盘，设置在覆盖该反射层的顶部表面上或该第二类型半导体层上；一孔洞，设置在该第一类型半导体层的顶部表面并穿过该反射层；以及一光收集模块，设置环绕该孔洞或覆盖该反射层的顶部表面；其中，该第一类型半导体层和该第二类型半导体层在该主动层中形成一PN接面；该第一焊盘耦接到该第一类型半导体层；该第二焊盘耦接到该第二类型半导体层；以及，该光收集模块被用来引导光信号至一方向上。
附图说明
图1显示本发明半导体结构根据一实施例的示意图。
图1A是图1中间的截面结构的示意图。
图2显示本发明半导体结构根据一实施例的示意图。
图2A是图2中间的截面结构的示意图。
图3显示本发明半导体结构根据一实施例的示意图。
图3A是图3中间的截面结构的示意图。
图4显示本发明半导体结构根据一实施例的示意图。
图4A是图4中间的截面结构的示意图。
图5是在一厚基板上的水平电流型多重半导体结构的截面结构的图。
图6是根据图5的一实施例关于光收集模块的示意图。
图7是一光通道作为图5的光收集模块。
图8是一种透明高折射率材料填充到光通道中。
图9是透明高折射率聚合物选择性填充到光通道中并形成上到光通道的圆顶形。
图10是在一厚基板上的另一水平电流型多重半导体结构的截面结构的图。
图11是根据图10的一实施例关于光收集模块的示意图。
图12是一光通道作为图10的光收集模块。
图13是一种透明高折射率材料填充到图12的光通道中。
图14是透明高折射率聚合物选择性填充到光通道中并形成上到光通道的圆顶形。
图15是在一厚基板上的另一垂直电流型多重半导体结构的截面结构的图。
图16是根据图15的一实施例关于光收集模块的示意图。
图17是一光通道作为图15的光收集模块。
图18是一种透明高折射率材料填充到图17的光通道中。
图19是透明高折射率聚合物选择性填充到光通道中并形成上到光通道的圆顶形。
图20是孔洞区域中形式功能发光装置的表面粗糙的n型层。
图21是根据图20的一实施例关于光收集模块的示意图。
图22是一光通道作为图20的光收集模块。
图23是一种透明高折射率材料填充到图22的光通道中。
图24是透明高折射率聚合物选择性填充到光通道中并形成上到光通道的圆顶形。
图25是在一厚基板上的另一垂直电流型多重半导体结构的截面结构的图。
图26是根据图25的一实施例关于光收集模块的示意图。
图27是一光通道作为图25的光收集模块。
图28是一种透明高折射率材料填充到图27的光通道中。
图29是透明高折射率聚合物选择性填充到光通道中并形成上到光通道的圆顶形。
图30是孔洞区域中形式功能发光装置的表面粗糙的n型层。
图31是根据图30的一实施例关于光收集模块的示意图。
图32是一光通道作为图30的光收集模块。
图33是一种透明高折射率材料填充到图32的光通道中。
图34是透明高折射率聚合物选择性填充到光通道中并形成上到光通道的圆顶形。
图35是在一厚基板上的另一垂直电流型多重半导体结构的截面结构的图。
图36是根据图35的一实施例关于光收集模块的示意图。
图37是一光通道作为图35的光收集模块。
图38是一种透明高折射率材料填充到图37的光通道中。
图39是透明高折射率聚合物选择性填充到光通道中并形成上到光通道的圆顶形。
图40是在一厚基板上的另一实施例的垂直电流型共阴极半导体结构的截面结构的图。
图41是根据图40的一实施例关于光收集模块的示意图。
图42是一光通道作为图40的光收集模块。
图43是一种透明高折射率材料填充到图42的光通道中。
图44是透明高折射率聚合物选择性填充到光通道中并形成上到光通道的圆顶形。
图45是在磊晶基板上的水平电流型多重半导体结构的另一个截面结构图。
图46是在磊晶基板和厚基板上的水平电流型多重半导体结构的另一截面结构图。
图47是在磊晶基板上的水平电流型多重半导体结构的另一个截面结构图。
图48是在外磊晶基板和厚基板上的水平电流型多重半导体结构的另一截面结构图。
图49是厚基板上的半导体结构模块中的微型发光装置的简化示意图。
图49A是厚基板上的共阴极半导体结构的另一简化示意图。
图50A是厚基板下方的多个1×4半导体结构模块的侧视图实例。
图50B是厚基板下方的多个1×4半导体结构模块的另一侧视图示例。
图51A是1×4半导体结构模块的背面视图的一实施例。
图51B是街道区域顶部站点上的虚拟焊盘(dummy pad)和选择性覆盖相邻两个微型发光装置。
图51C是共阴极型半导体结构的背面图。
图51D是共阴极型半导体结构的另一背面图。
图52是图49结构形成在光互连基板上。
图52A是图49A结构形成在光互连基板上。
图53是图52的简化的半导体结构模块结构安装到光互连基板。
图53A是图48的结构安装到光互连基板的简化的共阴极型半导体结构模块。
图54是半导体结构模块可以安装到光互连基板的简化光通道类型。
图54A是可以安装到光互连基板的共阴极类型的半导体结构模块的简化光通道类型。
图55是由作为传递装置的微型发光装置形成的光互连模块的示例。
图55A显示出可以选择性地在光侦测器模块的下方形成另一个附加的光收集模块。
图55B是一个光侦测器模块，由厚基片上的光侦测器结构覆盖组成。
图55C是利用使用光通道T的另一简化的光信号传递模块。
图56A是具有顶部反射层和底部增强反射金属层、以及底部孔洞区域的水平电流型微型发光装置结构的光学示意图。
图56B是具有顶部反射层和底部增强反射金属层、底部孔洞区域和边缘反射层的水平电流型微型发光装置结构的光学示意图。
图57A是具有顶部反射层和底部增强反射金属层、以及底部孔洞区域的垂直电流型微型发光结构的光学示意图。
图57B是具有顶部反射层、底部增强反射金属层、底部孔洞区域和边缘反射层的垂直电流型微型发光装置结构的光学示意图。
图58是微型发光装置，并且光侦测器可以形成为光信号传递模块。
图59是可以在具有驱动器控制器的背板上形成的微型发光装置。
具体实施方式
请参考图1和1A，图1显示本发明半导体结构根据一实施例的示意图；图1A是图1的中间的截面结构的示意图。一半导体结构100被使用于处理光信号，半导体结构100包括：一第一类型半导体层101；一第二类型半导体层102；一主动层103位于第一型半导体层101与第二型半导体层102之间；一反射层R覆盖第一类型半导体层101和第二类型半导体层102的表面。
除此之外，第一焊盘101a被设置覆盖在第一类型半导体层101的反射层R的顶部表面上；第二焊盘102a被设置在反射层R的顶部表面上。第二焊盘102a可选择性地被设置在第二类型半导体层102上。第二焊盘102a可选择性地被设置在反射层的顶部表面上和第二类型半导体102；以及孔洞P被设置在第一类型半导体层的顶部表面上并穿过反射层R；且一光收集模块C环绕孔洞P并覆盖反射层R的顶部表面。其中，第一类型半导体层101和第二类型半导体层102在主动层103中形成PN接面；第一焊盘101a耦合到第一类型半导体层101；第二焊盘102a耦合到第二类型半导体层102；以及，光收集模块C用于引导光至一方向上。
在此实施例中，光收集模块C具有孔洞P，光收集模块C围绕孔P设置并覆盖在反射层R的顶表面上。光收集模块C引导被反射层R所反射的光或主动层103所发的光。
焊盘101a与101b用于固定半导体结构100。当半导体结构100连接到后端电路时，垫片101a和垫片101b将避免使半导体结构100移动。
在本实施例中，顶部反射层可以被形成在第一类型半导体层101的顶部上并且打开小部分区域作为孔洞P。底部反射层可以形成在第二类型半导体层102上。光收集模块C可以形成围绕孔洞P以收集和引导输出光。其中，焊盘101a或焊盘101b的高度与光收集模块C的高度相同。另一方面，焊盘101a或101b的高度与光收集模块C的高度相比可以是几乎相同的高度。
请参考图2和2A。图2显示本发明半导体结构200根据一实施例的示意图；图2A是图2的中间的截面结构的示意图。须注意者，半导体结构200与半导体结构100之间的差异在于，反射层R进一步覆盖第一类型半导体层101与第二类型半导体层102的全部表面。
在本实施例中，顶部反射层可以被形成在第一类型半导体层101的顶部上并且打开小部分区域作为孔洞P。底部反射层可以形成在第二类型半导体层102上。光收集模块C可以形成围绕孔洞P以收集和引导输出光。反射层可以被形成并环绕在微型发光装置的整个边缘。
在图1和图2中，光收集模块C可以是光通道、角度可选择的多层介电层、微透镜。反射层可以是金属层，或DBR(布拉格反射镜)结构层、或共振腔结构、或隔离层和金属反射层的组合层。请注意，半导体结构200与半导体结构100之间的差异在于，反射板R进一步覆盖第一半导体层101与第二半导体层102的全部表面。
请参考图3和图3A。图3显示本发明半导体结构300根据一实施例的示意图。图3A是图3的中间的截面结构的示意图。须注意者，半导体结构300与100之间的差异在于半导体结构300还包括凸块104。其中，凸块104设置在焊盘101a与焊盘101b上。当半导体结构300耦接到后端电路时，凸块104将避免使半导体结构100移动。其中，凸块104的高度与光收集模块C的高度相同。另一方面，凸块104的高度与光收集模块C的高度相比可以是几乎相同的高度。
请参考图4和图4A。图4显示本发明半导体结构400根据一实施例的示意图。图4A是图4的中间的截面结构的示意图。须注意者，半导体结构400与300之间的差异在于反射层R进一步覆盖第一半导体层101与第二半导体层102的全部表面。
如上所述，参考图1至图4以及图1A至图4A，光收集模块C还包括：具有内壁K的光通道T。其中，内壁K涂覆一反射材料以沿一个方向反射或引导光。请注意，外壁可以是任何形状，例如直线形状(如图1至图4所示)、或阶梯形状、或缓坡形状。
须注意者，光通道T的高度可以高于焊盘与凸块的高度。较高高度的光通道T主要目的是与其他光通道连接。光可以聚焦并在光通道T内传送。作为坝的光通道T可以将来自发光装置的光引导至目标位置以达到任何所需的目的。例如在显示应用中，另一个光通道T'在光通道T'中构成波长转换器。在连接光通道T和光通道T'之后，来自微型发光装置的孔洞的光可以从第一波长转换为第二波长。在另一个例子，光通道T'可以是用于光传递的另一个较长距离的光通道。在连接光通道T和光通道T'之后，来自微型发光装置的孔洞的光可以通过光通道T和光通道T'传递到任何目标位置。
请参考图5，图5显示一水平电流型多重半导体结构的截面结构于本发明的一实施例示意图。
在此实施例中，第一类型半导体层101由一p型层所满足；第二类型半导体层102由一n型层(或初始生长外延层(initial growth epi layer))所满足；焊盘101a由p型焊盘所满足；焊盘102a由n型焊盘所满足；反射层R被增强的反射金属层所满足。反射层R和一种晶层(seed layer)被设置在厚基板的顶部。直接能隙(direct bandgap)发光装置外延结构包含初始生长外延层(n型层)、主动层103、以及一p型层。n型层设置在反射层R上。
对于微型发光装置，透明接触层(TCL)设置在p型层一部分上，增强反射金属层形成在TCL一部分的顶部上，并且隔离层覆盖在街道(Street)区域中每个微型发光装置的边缘。在一个微型发光装置区域中的一部分p型层、主动层103和n型层被去除以暴露n型层在蚀刻区域中。隔离层还覆盖蚀刻区域的边缘和一部分的p型层。聚合物层覆盖一部分的增强反射金属层、TCL、p型层和隔离层。聚合物还覆盖隔离层和整个街道区域以形成聚合物层，并且与半导体层形成夹着隔离层的三明治结构。聚合物层也可选择地覆盖蚀刻区域中的侧壁隔离层并暴露蚀刻的n型层。在街道区域，聚合物和微型发光装置夹住绝缘层以加强微型发光装置阵列结构。顶部TCL的一部分上的孔洞P区域形成为发射输出光。光收集模块C形成环绕孔洞P区域以收集输出光。微型发光装置结构还包括顶部增强反射金属层的一部分上的p型焊盘。n型焊盘在蚀刻区域中暴露的n型层上以形成n型接触。n型焊盘也位于一部分的聚合物层顶部上。设置在p型焊盘和n型焊盘上的凸块104(结合材料)到每个微型发光装置。凸块104也可以是导线的引线的结合。
在一实施例中，图6是关于根据图5的实施例光收集模块C的示意图。光收集模块C由微透镜满足。微透镜设置在孔洞区域的顶部以折射孔洞的输出光。输出光可以聚焦在目标点上，以将光对准到光互连基板(这里未示出)中的45度反射层。45度反射层可以将聚焦光反射到光波导通道(optical waveguide channel)中。在另一方面，光收集模块C可以是角度选择式滤光器(angle-selective filters)，以减小从孔洞P发射光的发散角。在另一方面，光收集模块C可以是DBR结构或一个共振腔结构来选择光波长和光角度。
在另一实施例中，图7是根据图5关于光收集模块实施例的示意图。光收集模块C由光通道T满足。光通道T可形成环绕孔洞P区的增强反射金属层的顶部上。请注意，光通道T也可以选择围绕形成在TCL上的孔洞区域P。另外，光通道T也可以围绕孔洞P区域，其孔洞P区域形成在增强反射金属层的一部分和TCL的一部分上。再者，光通道T具有内壁。在本实施例中，内壁涂覆一反射材料。
在另一实施例中，透明高折射率材料可以选择性地填充到光通道T中。图8绘示填充到图7的光通道T中的透明高折射率材料。请注意，透明高折射率材料的高度与光通道T高度的相同。在另一个可选实施例中(这里未示出)，透明高折射率材料的高度可以比光通道T高度短。光通道T内的透明高折射率材料的顶部形状可以是倒置的圆顶形状。换句话说，透明高折射率材料的表面形状根据光通道T的材料来控制。
在另一个实施例中，图9显示透明高折射率材料可以可选择地填充到光通道T中，且由于表面张力效应而形成光通道T的圆顶形状。透明高折射率材料的圆顶形状可以作为光通道T顶部的透镜以收集并聚焦更多的光。
图10示出了在厚基板上的另一种水平电流型多重微型发光装置阵列的截面结构示意图。一反射金属层与一种晶层在厚基板上形成。一直接能隙发光装置磊晶结构(directbandgap light emitting device epitaxy structure)由初始生长外延层(n型层)、主动层103和p型层组成。在反射金属层上形成n型层。一绝缘层覆盖街道区域和一部分的n型层。对于微型发光装置，在一部分的p型层上形成TCL，隔离层覆盖街道区域中每个微型发光装置的边缘。一增强反射金属层形成在TCL层的一部分的顶部上。增强反射金属层也形成在一部分的p型层顶部上，且增强金属反射层也覆盖在侧壁边缘隔离层上。一部分的p型层、一部分的主动层103和一部分的n型层内部的微型发光装置被蚀刻以暴露n型层。隔离层还覆盖蚀刻区域的边缘。一聚合物层也覆盖一部分的增强反射金属层、TCL、p型层和隔离层。聚合物还覆盖隔离层的边缘、增强反射金属层的边缘和整个街道区域以形成聚合物层，并且与微型发光装置形成具有夹着隔离层和增强金属反射层的三明治结构。聚合物层还可选择地覆盖蚀刻区域中的侧壁隔离层并暴露蚀刻的n型层。一孔洞P区域在一部分的TCL顶部上形成以发射输出光。光收集模块C形成环绕孔洞P区域以收集输出光。微型发光装置结构还包括在顶部一部分的增强反射金属层上的一p型焊盘。一n型焊盘在蚀刻区域的暴露的n型层上以形成n型接触。n型焊盘也位于一部分聚合物层的顶部上。凸块104形成在p型焊盘与用于每个微型发光装置的n型焊盘。凸块104也可以是导线的引线的结合。请注意，绝缘层可以选择性地覆盖在整个反射金属层上以隔离微型发光装置阵列。
在一实施例中，图11是根据图10一实施例的关于光收集模块的示意图。光收集模块C可以通过微透镜来满足。微透镜可形成在孔洞P区域的顶部以折射孔洞P输出光。输出光可以聚焦在目标点上，以将光对准到光互连基板(这里未示出)中的45度反射层。45度反射层可以将聚焦光反射到光波导通道中。在另一方面，光收集模块C也可以是角度选择式滤光器，以减小从孔洞P所发射的光的发散角。在另一方面，光收集模块C可以是DBR结构或一个共振腔结构来选择光波长和光角度。
在另一实施例中，图12是根据图10一实施例的关于光收集模块的示意图。光收集模块由光通道T满足。光通道T可形成环绕孔洞P区域的增强反射金属层的顶部上。请注意，光通道T也可以选择围绕形成在TCL上的孔洞区域P。另外，光通道T也可以围绕孔P区域以形成在一部分的增强反射金属层和一部分的TCL上。而且，光通道T具有内壁。在该实施例中，内壁涂覆反射材料。
在另一实施例中，透明高折射率材料可以选择性地填充到光通道T中。图13绘示填充到图12的光通道T中的透明高折射率材料。请注意，透明高折射率材料的高度与光通道T高度的相同。在另一个可选实施例中(这里未示出)，透明高折射率材料的高度可以比光通道T高度短。光通道T内的透明高折射率材料的顶部形状可以是倒置的圆顶形状。换句话说，透明高折射率材料的表面形状根据光通道T的材料来控制。
在另一个实施例中，图14显示透明高折射率材料可以可选择地填充到光通道T中，且由于表面张力效应而形成光通道T的圆顶形状。透明高折射率材料的圆顶形状可以作为光通道T顶部的透镜以收集并聚焦更多的光。
现在参考TCL可选自氧化铟锡(ITO)、氧化锌掺镓(GZO)、铟镓锌氧(IGZO)、氧化锌掺杂镓铝(AZO)。TCL的厚度可以从匹配四分之一波长的光学长度中选择，以输出最佳化的光功率。反射金属层可选自Ti、Cr、Al、Ag、Ni、Cu、Au或将这些金属混合以形成合金层。组合金属层可以Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Ni/Cu、Ti/Ag/Ni/Au，Ti/Ag/Ni/Cu、Cr/Al/Ni/Au、Cr/Ag/Ni/Au的组合。
对于高速调变，减小电容效应(capacitor effect)是增加反应时间的关键因素之一。在一个微型发光装置中，一个p型层和一个n型层之间的主动层是电容效应区域。参考TCL可以仅形成在p型层的特定区域上以减小主动层103的电容效应。一个良好的p型欧姆接触提供低电阻接触以允许仅电流注入到特定区域。p型层上的特定欧姆区用于限制仅扩散到微型发光装置中的特定区域的电流，并降低主动层103电容器效应。特定区域只能在孔洞P区域形成。特定区域可以大于孔洞P区域。在另一方面，为了进一步减小主动层103的电容效应，隔离层可形成在孔洞P区域旁边的顶部主要p型层上，TCL可形成在顶部隔离层上与孔洞P区域的p型层。特定区域可以大于孔洞P区域。另外，特定区域可以由TCL组成。增强金属反射层可以形成在顶部p型层上并覆盖环绕TCL的特定区域。增强型金属反射层可以是p型非欧姆接触金属层(p-type non-ohmic contact metal layers)。
现在参考隔离层和绝缘层可以由介电材料如SiOx、SixNy、Al2O3、TiO2，并通过使用等离子体增强化学气相沉积(plasma enhance chemical vapordeposition)、化学气相沉积(chemical vapor deposition)、物理气相沉积(physicalvapor deposition)、原子层沉积(atomic layer deposition)来沉积。请注意，隔离层和绝缘层可以是具有高/低折射率的多个介电质，例如DBR结构，以提供介电质反射层在微型发光装置的侧壁上。隔离层和绝缘层可以选自聚合物，诸如聚亚酰胺(polyimide)，硅氧烷(silicone)和环氧化合物(epoxy)。隔离层可以选择性地结合多层，例如介电质材料和聚合物。
图15显示在厚基板上垂直电流型多重微型发光装置阵列的截面结构示意图。第一半导体层101由n型层(或初始生长外延层)满足；第二半导体层102由p型层满足。种晶层和隔离层-1形成在厚基板的顶部上。直接能隙发光装置外延结构由初始生长外延层(n型层)、主动层103和p型层组成。p型层形成在反射层R上。在一个微型发光装置区域、一部分的p型层、一部分的主动层103和一部分的n型层被完全去除，以将一个微型发光装置分成两个发光装置部分。对于一个微型发光装置，一个是位于右手侧的主要部分是正式功能发光装置，另一个是位于左手侧的次要部分是短路发光装置。分离区域可以称为沟槽区域(trenchregion)。
对于正式功能发光装置部分，发光装置结构包含底部一部分p型层下方的反射层、和覆盖在正式功能发光装置的边缘侧壁上的隔离层-2、和一部分底部p型层。增强反射金属层覆盖反射层、一部分的p型层、以及一部分的底部隔离层-2。
对于短路发光装置部分，发光装置包含底部p型层下面的反射层、增强反射金属层覆盖反射层、和短路发光装置的侧壁且包含边缘p型层、边缘的主动层103、以及边缘n型层。请注意，一特定情况下反射层R是金属层，反射金属层也可被选择来覆盖短路发光装置的侧壁。请注意，增强反射金属层可以被选择为仅覆盖短路发光装置的一部分侧壁。在另一方面，短路发光装置可以通过连接金属层到蚀刻的一部分p型层、一部分蚀刻的主动层103、以及在一个短路发光装置区域中形成。
聚合物层覆盖一部分增强反射金属层、一部分街道区域和一部分沟槽区域以形成聚合物层，且与微型发光装置夹着隔离层-2。在形成聚合物层之后，请注意，增强反射金属层的一部分暴露在正式功能发光装置部分中，并且增强反射金属层的一部分暴露在短路发光装置部分中。在一个微型发光装置区域中，导电层覆盖在聚合物层的一部分上并且覆盖在暴露的增强反射金属层上，以提供电路连接用于短路发光装置导电到正式功能发光装置的p型层。
一隔离层-3形成在街道区域的一部分、沟槽区域的一部分和n型层的一部分上。对于街道区域和沟槽区域，隔离层-3覆盖边缘隔离层-2和部分街道聚合物层。在正式功能发光装置区域中，隔离层-3从边缘覆盖到顶部n型层的一部分。反射金属层可以在隔离层-3的一部分和顶部n型层的一部分上形成。
n型焊盘在正式功能发光装置的反射金属层上形成。n型焊盘可以选择性地在正式功能发光装置的n型层的一部分上形成。在短路发光装置的反射金属层上形成p型焊盘。操作电流可以从p型焊盘、短路发光装置的反射金属层、整个短路发光装置结构、以及导电层传导到增强反射金属层的正式功能发光装置，包括p型层、主动层103、n型层和n型焊盘。因此，具有一种垂直电流驱动的正式功能发光装置可以被点亮。
孔洞P区域被形成在一部分n型层的顶部上以发射输出光。光收集模块C形成环绕在开口P区域以收集和引导输出光。凸块104形成在p型焊盘、以及每个微型发光装置的n型焊盘上。凸块104也可以是导线的引线的结合。
在一实施例中，图16是图15的一实施例关于光收集模块C的示意图。光收集模块C可以是微透镜。微透镜可形成在孔洞P区域的顶部以折射孔洞P输出光。输出光可以聚焦在目标点上，以将光对准到光互连基板(这里未示出)中的45度反射层。45度反射层可以将聚焦光反射到光波导通道中。在另一方面，光收集模块C可以是角度选择式滤光器以减小从孔洞P所发射的光的发散角。在另一方面，光收集模块C可以是DBR结构或一个共振腔结构来选择光波长和光角度。
在另一个实施例中，图17是根据图15一实施例的关于光收集模块的示意图。光收集模块C由光通道T满足。光通道T可形成环绕孔洞P区域的增强反射金属层的顶部上。需注意的是，光通道T也可以选择环绕形成在正式功能发光装置的n型层上的孔洞区域P。另外，光通道T也可以环绕形成在正式功能发光装置的隔离层-3的一部分和n型层的一部分上的孔洞P区域。而且，光通道T具有内壁。在该实施例中，内壁涂覆反射材料。
在另一个实施例中，透明高折射率材料可以选择性地填充到光通道T中。图18显示透明高折射率材料填充到图15的光通道T中。请注意，透明高折射率材料的高度与光通道T高度的高度相同。在另一个可选实施例(在此未示出)中，透明高折射率材料的高度可以比光通道T高度短。通道管内的透明高折射率材料的顶部形状可以是倒置的圆顶形状。换句话说，根据光通道T的材料来控制透明高折射率材料的表面形状。
在另一个实施例中，图19显示透明高折射率材料可以可选择地填充到光通道T中，且由于表面张力效应而形成光通道T的圆顶形状。透明高折射率材料的圆顶形状可以作为光通道T顶部的透镜以收集与聚焦更多的光。
在另一方面，可以从孔洞P区域提取更多的光，孔洞P区域中的正式功能发光装置的n型层的表面粗糙度，可以选择性地由化学蚀刻(chemical etching)、干燥蚀刻(dryingetching)、光子增强化学蚀刻(photon enhanced chemical etching)形成。现在参考图20，图20显示正式功能发光装置的n型层的孔洞P区域，在孔洞P区域具有表面粗糙度/纹理。通过纹理化表面可以萃取更多光线，以获得更高的光输出功率。请注意，隔离层-3可以选择性地形成n型层上，包括正式功能发光装置的纹理化n型层、或者不包括正式功能发光装置的纹理化n型层。请注意，表面粗糙度可以选择性地形成在正式功能发光装置的n型层的主要部分上，包括一部分反射金属层下面的表面、和隔离层-3的一部分(其没有在这里显示)。在一些特定情况下，当外延生长基板是图案化蓝宝石基板(patterning sapphiresubstrate)时，表面粗糙度可以初始地形成在n型层上。
孔洞P区域在一部分n型层的顶部上形成以发射输出光。光收集模块形成环绕孔洞P区域以收集和引导输出光。凸块104形成道每个微型发光装置的p型焊盘与n型焊盘上。凸块104也可以是导线的引线的结合。
在一实施例中，图21是图20的一实施例关于光收集模块C的示意图。光收集模块C可以是微透镜。微透镜可形成在孔洞P区域的顶部以折射孔洞P输出光。输出光可以聚焦在目标点上，以将光对准到光互连基板(这里未示出)中的45度反射层。45度反射层可以将聚焦光反射到光波导通道中。在另一方面，光收集模块C可以是角度选择式滤光器以减小从孔洞P所发射的光的发散角。在另一方面，光收集模块C可以是DBR结构或一个共振腔结构来选择光波长和光角度。
在另一个实施例中，图22是根据图20一实施例的关于光收集模块C的示意图。光收集模块C由光通道T满足。光通道T可形成环绕孔洞P区域的增强反射金属层的顶部上。请注意，光通道T也可以选择环绕形成在正式功能发光装置的n型层上的孔洞区域P。另外，光通道T也可以环绕形成在正式功能发光装置的隔离层-3的一部分和n型层的一部分上的孔洞P区域。而且，光通道T具有内壁。在该实施例中，内壁涂覆反射材料。
在另一个实施例中，透明高折射率材料可以选择性地填充到光通道T中。图23显示透明高折射率材料填充到图22的光通道T中。请注意，透明高折射率材料的高度与光通道T高度的高度相同。在另一个可选实施例(在此未示出)中，透明高折射率材料的高度可以比光通道T高度短。通道管内的透明高折射率材料的顶部形状可以是倒置的圆顶形状。换句话说，根据光通道T的材料来控制透明高折射率材料的表面形状。
在另一个实施例中，图24显示透明高折射率材料可以可选择地填充到光通道T中，且由于表面张力效应而形成光通道T的圆顶形状。透明高折射率材料的圆顶形状可以作为光通道T顶部的透镜以收集与聚焦更多的光。
图25显示在厚基板上另一种垂直电流型多重微型发光装置阵列的截面结构示意图。种晶层和隔离层-1形成在厚基板的顶部上。直接能隙发光装置外延结构由初始生长外延层(n型层)、主动层103和p型层组成。在反射层上形成p型层。在一个微型发光装置区域中，p型层的一部分、主动层的一部分和n型层的一部分被完全去除，以将一个微型发光装置分成两个发光装置部分。对于一个微型发光装置，一个是位于右手侧的主要部分是正式功能发光装置，另一个是位于左手侧的次要部分是短路发光装置。分离区域可以称为沟槽区域。
对于正式功能发光装置部分，发光装置结构由底部一部分p型层的下面的反射层、和覆盖在正式功能发光装置的边缘侧壁上的隔离层-2、和一部分底部p型层组成。增强的反射金属层覆盖反射层、p型层的一部分、以及底部隔离层-2的一部分。增强反射金属层也形成在底部p型层的一部分上，增强金属反射层也覆盖在侧壁边缘隔离层-2上。
对于短路发光装置部分，发光装置包含底部p型层下面的反射层、增强反射金属层覆盖的反射层、和短路发光装置的侧壁且包含边缘p型层、边缘的主动层103、以及边缘n型层。请注意，一特定情况下反射层R是金属层，反射金属层也可被选择来覆盖短路发光装置的侧壁。请注意，增强反射金属层可以被选择为仅覆盖短路发光装置的一部分侧壁。在另一方面，短路发光装置可以通过连接金属层到蚀刻的一部分p型层、一部分蚀刻的主动层103、以及在一个短路发光装置区域中形成。聚合物层覆盖一部分增强反射金属层、一部分街道区域和一部分沟槽区域以形成聚合物层，并且与微型发光装置夹着增强反射金属层与隔离层-2。在形成聚合物层之后，请注意，增强反射金属层的一部分暴露在正式功能发光装置部分中，并且增强反射金属层的一部分暴露在短路发光装置部分中。在一个微型发光装置区域中，导电层覆盖在聚合物层的一部分上并且覆盖在暴露的增强反射金属层上，以用来形成一电路以连接用于短路发光装置到正式功能发光装置的p型层。
隔离层-3形成在街道区域的一部分、沟槽区域的一部分和n型层的一部分上。对于街道区域和沟槽区域，隔离层-3覆盖边缘隔离层-2、边缘反射金属层和部分街道聚合物层。在正式功能发光装置区域中，隔离层-3从边缘覆盖到顶部n型层的一部分。
反射金属层形成在短路发光装置的侧壁增强金属反射层、短路发光装置的n型层、街道区域中的隔离层-3的一部分、以及沟槽区域中的隔离层-3的一部分上。反射金属层也形成在正式功能发光装置的n型层的一部分、以及正式功能发光装置的隔离层3的一部分上。
n型焊盘在正式功能发光装置的反射金属层上形成。n型焊盘可以选择性地在正式功能发光装置的n型层的一部分上形成。在短路发光装置的反射金属层上形成p型焊盘。
孔洞P区域形成在顶部n型层的一部分以发射输出光。光收集模块形成围绕孔洞P区域以收集和引导输出光。凸块104在p型焊盘与n型焊盘至每个微型发光装置上形成。凸块104也可以是导线的引线的结合。
图26是关于根据图25的实施例光收集模块的示意图。光收集模块C可以是微透镜。微透镜设置在孔洞P区域的顶部以折射孔洞P的输出光。输出光可以聚焦在目标点上，以将光对准到光互连基板(这里未示出)中的45度反射层。45度反射层可以将聚焦光反射到光波导通道中。在另一方面，光收集模块C可以是角度选择式滤光器，以减小从孔洞P发射光的发散角。在另一方面，光收集模块C可以是DBR结构或一个共振腔结构来选择光波长和光角度。
在另一实施例中，图27是根据图25关于光收集模块C实施例的示意图。光收集模块C由光通道T满足。光通道T也可环绕孔洞P区域并选择性地形成在正式功能发光装置的n型层。另外，光通道T也可以环绕孔洞P区域并形成在隔离层-3的一部分和正式功能发光装置的n型层的一部分上。而且，光通道T具有内壁。在该实施例中，内壁涂覆反射材料。
在另一个实施例中，透明高折射率材料可以选择性地填充到光通道中。图28显示透明高折射率材料填充到图27的光通道T中。请注意，透明高折射率材料的高度与光通道高度的高度相同。在另一个可选实施例中(这里未示出)，透明高折射率材料的高度可以比光通道T高度短。光通道T内的透明高折射率材料的顶部形状可以是倒置的圆顶形状。换句话说，透明高折射率材料的表面形状根据光通道T的材料来控制。
在另一个实施例中，图29显示透明高折射率材料可以可选择地填充到光通道T中，且由于表面张力效应而形成光通道T的圆顶形状。透明高折射率材料的圆顶形状可以作为光通道T顶部的透镜以收集并聚焦更多的光。
在另一方面，可以从孔洞P区域提取更多的光，孔洞P区域中的正式功能发光装置的n型层的表面粗糙度，可以选择性地由化学蚀刻、干燥蚀刻、光子增强化学蚀刻形成。现在参考图30，图30显示正式功能发光装置的n型层的孔洞P区域，在孔洞P区域具有表面粗糙度/纹理。通过纹理化表面可以萃取更多光线，以获得更高的光输出功率。请注意，表面粗糙度可以选择性地形成在主要功能发光装置的n型层的主要部分上，包括一部分反射金属层的下面表面和一部分隔离层-3(此处没有显示)。在一些特定情况下，当外延生长基板为图案化蓝宝石基板时，表面粗糙度可以初始形成在n型层上。
孔洞P区域形成在顶部n型层的一部分以发射输出光。光收集模块形成围绕孔洞P区域以收集和引导输出光。凸块104在p型焊盘与n型焊盘至每个微型发光装置上形成。凸块104也可以是导线的引线的结合。
在一实施例中，图31是关于根据图30的实施例光收集模块的示意图。光收集模块C可以是微透镜。微透镜可以设置在孔洞P区域的顶部以折射孔洞P的输出光。输出光可以聚焦在目标点上，以将光对准到一45度反射层。45度反射层可以将聚焦光反射到光波导通道中。在另一方面，光收集模块C可以是角度选择式滤光器，以减小从孔洞P发射光的发散角。在另一方面，光收集模块C可以是DBR结构或一个共振腔结构来选择光波长和光角度。
图32是光通道T作为图30的光收集模块C。光通道T可以形成在反射金属层的顶部上环绕在孔洞P区域。请注意，光通道T也可以环绕孔洞P区域并选择来形成在正式功能发光装置的n型层上。另外，光通道T也可以围绕形成在正式功能发光装置的隔离层-3的一部分和n型层的一部分上的孔洞P区域。再者，光通道T具有内壁。在该实施例中，内壁涂覆反射材料。
在另一个实施例中，透明高折射率材料可以选择性地填充到光通道T中。图33是透明高折射率材料填充到图32的光通道T中。请注意，透明高折射率材料的高度与光通道T高度的高度相同。在另一个可选实施例(在此未示出)中，透明高折射率材料的高度可以比光通道T高度短。通道管内的透明高折射率材料的顶部形状可以是倒置的圆顶形状。换句话说，根据光通道T的材料来控制透明高折射率材料的表面形状。
在另一个实施例中，图34显示透明高折射率材料可以可选择地填充到光通道T中，且由于表面张力效应而形成光通道T的圆顶形状。透明高折射率材料的圆顶形状可以作为光通道T顶部的透镜以收集并聚焦更多的光。
现在参考隔离层-1、隔离层-2和隔离层-3可以由介电材料如SiOx、SixNy、Al2O3、TiO2，并通过使用等离子体增强化学气相沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积来沉积。请注意，隔离层-2可以是具有高/低折射率的多个介电质，例如DBR结构，以提供介电质反射层在微型发光装置的侧壁上。隔离层-1、隔离层-2和隔离层-3可以选自聚合物，如聚亚酰胺，硅氧烷和环氧化合物。再者，隔离层-1、隔离层-2和隔离层-3可以选择性地结合多层，例如介电质材料和聚合物。
对于高速调变，减小电容效应是增加反应时间的关键因素之一。在一个微型发光装置中，一个p型层和一个n型层之间的主动层是电容效应区域。现在参考p型层的主要部分下方的反射层可以是反射金属层，例如TCL、Ti、Cr、Ni、Ag、Al、Au、Cu、Ni/Ag、Ni/Ag/Ni/Au、Ti/Ag/Ni/Au、Ti/Al/Ni/Au、Cr/Al/Ni/Au、或它们的金属组合。另一方面，作为p型欧姆接触金属的反射金属层可以形成在p型层的特定区域下方。一个良好的p型欧姆接触提供了一个低电阻接触，以允许仅电流注入特定区域。p型层下方的特定区域旨在限制仅扩散到微型发光装置中的特定区域的电流，并降低主动层的电容效应。特定区域可以形成对齐至相对孔洞P区域。特定区域可以大于相对孔洞P区域的特定区域。另一方面，在特定区域中形成金属层之后，可形成额外的反射层以覆盖特定部分的金属层。附加反射层可以是p型非欧姆接触反射金属层。另一方面，隔离层-2可以形成到特定区域旁边的p型层以提供绝缘p型接触。反射p型欧姆接触金属层的反射层可以形成以覆盖特定区域中的隔离层-2和p型层。另外，附加反射层可以是DBR结构或共振腔结构。在一些特定情况下，反射层可以是DBR结构并且可以先在p型层的一部分的下方形成。DBR结构形成区域可以与孔洞P区域对齐以形成共振腔结构。可选择地，DBR结构可以形成到相对孔洞P区域旁边的区域。在p型层下方形成DBR结构之后，可以形成额外的反射p型欧姆接触金属层以覆盖DBR结构作为多重反射层，并覆盖p型层以允许电流注入。
图35显示在厚基板上的另一个垂直电流型多重微型发光装置阵列的截面结构示意图。反射金属层和种晶层在厚基板上形成。直接能隙发光装置外延结构由初始生长外延层(n型层)、主动层和p型层组成。在反射金属层上形成n型层。
在一个微型发光装置区域中，p型层的一部分、主动层的一部分和n型层的一部分完全被移除，以将一个微型发光装置分离成两个发光装置部分。对于一个微型发光装置，一个是位于左手侧的主要功能发光装置的主要部分，另一个是位于右手侧的短路发光装置的次要部分。分离区域可以称为沟槽区域。
对于主要功能发光装置部分，在p型层的一部分上形成TCL，并且在街道区域与沟渠区域中的每个微型发光装置的边缘上覆盖隔离层。增强的反射金属层覆盖TCL的一部分、p型层的一部分和隔离层。聚合物层覆盖增强的反射金属层，p型层和隔离层的一部分。聚合物层还覆盖沟槽区域中的侧壁隔离层以形成聚合物层，且与半导体层形成夹住隔离层的三明治结构。
对于短路发光装置部分，发光装置包含在p型层的一部分上形成的TCL、增强反射金属层覆盖TCL、以及短路发光装置的侧壁包括边缘p型层、边缘主动层和边缘n型层。请注意，增强反射层的一特定情况可被选择以仅覆盖短路发光装置的侧壁的一部分。在另一方面，短路发光装置可以通过在一个短路发光装置区域中，将金属层连接到蚀刻的p型层的一部分和蚀刻的主动层的一部分来形成。
聚合物层覆盖增强反射金属层、p型层和短路发光装置的整个增强反射金属层包括侧壁。聚合物还覆盖整个街道区域以形成聚合物层，并且与微型发光装置形成夹着侧壁增强反射金属层的三明治结构。聚合物层还覆盖沟槽区域中的侧壁增强反射金属层以形成聚合物层，且与半导体层形成夹着增强反射金属层的三明治结构。在形成聚合物层之后，增强反射金属层的一部分在正式功能发光装置部分中暴露，并且增强反射金属层的一部分在短路发光装置部分中暴露。在正式功能发光装置的增强反射金属层上形成p型焊盘，并且在短路发光装置的增强金属层的顶部上形成n型焊盘。
电流可以从p型焊盘、通过主要功能发光装置的增强反射金属层，主要功能发光装置的TCL、p型层、主动层、n型层、反射金属层、短路发光装置到n型焊盘来驱动。请注意，在本实施例中，微型发光装置阵列模块具有微型发光装置的反射金属层的共阴极(commoncathode)结构。因此，在本实施例的一个微型发光装置阵列模块中，n型焊盘的数量可以减少为单个短路发光装置和单个n型焊盘结构。
孔洞P区域形成在顶部TCL的一部分以发射输出光。光收集模块形成围绕孔洞P区域以收集和引导输出光。凸块104在p型焊盘与n型焊盘至每个微型发光装置上形成。凸块104也可以是导线的引线的结合。
在一实施例中，图36是关于根据图35的实施例光收集模块C的示意图。光收集模块C可以是微透镜。微透镜可以设置在孔洞P区域的顶部以折射孔洞P的输出光。输出光可以聚焦在目标点上，以将光对准到光互连基板(此处未示出)的一45度反射层。45度反射层可以将聚焦光反射到光波导通道中。在另一方面，光收集模块C可以是角度选择式滤光器，以减小从孔洞P发射光的发散角。在另一方面，光收集模块C可以是DBR结构或一个共振腔结构来选择光波长和光角度。
在另一实施例中，图37是根据图35一实施例的关于光收集模块C示意图。光收集模块C由光通道T满足。光通道T可形成环绕孔洞P区域的增强反射金属层的顶部上。请注意，光通道T也可以环绕孔洞P区域选择形成在正式功能发光装置的TCL上。另外，光通道T也可以环绕孔洞P区域并形成在增强反射金属层的一部分和主要功能发光装置的TCL的一部分上。在该实施例中，内壁涂覆反射材料。
在另一个实施例中，透明高折射率材料可以选择性地填充到光通道T中。图38是透明高折射率材料填充在图37的光通道T中。请注意，透明高折射率材料的高度与光通道T高度的高度相同。在另一个可选实施例(此处未示出)中，透明高折射率材料的高度可以比光通道T高度短。通道管内的透明高折射率材料的顶部形状可以是倒置的圆顶形状。换句话说，透明高折射率材料的表面形状根据光通道T的材料来控制。
在另一个实施例中，图39显示透明的高折射率材料可选择地填充到光通道T中并且由于表面张力效应而形成光通道T的圆顶形状。透明高折射率材料的圆顶形状可以作为光通道T顶部的透镜以收集并聚焦更多的光。
现在参考图35结构，n型电极是通过反射金属层和种晶层导电连接。因此，图35中的n型焊盘数量可以减少为一个微型发光装置阵列模块中的单一个短路发光装置和单一个n型焊盘。
图40绘示在厚基板上的垂直电流共阴极型微型发光装置阵列(vertical currentcommon cathode type micro light emitting device array)的另一个实施例。图35中的所有短路发光装置结构都是可以被减少为厚基板上的单一个短路发光装置。因此，垂直电流共阴极型微型发光装置阵列的每个微型发光装置发射区域可以放大以执行更多的光输出特性。请注意，基于微型发光装置模块应用的需求焊盘，一个短路发光装置可被设计成定位在一个微型发光装置阵列模块内的适当位置处。
孔洞P区域形成在顶部TCL的一部分以发射输出光。光收集模块形成围绕孔洞P区域以收集和引导输出光。凸块104在p型焊盘与n型焊盘至每个微型发光装置上形成。凸块104也可以是导线的引线的结合。
在一实施例中，图41是关于根据图40的实施例光收集模块的示意图。光收集模块C可以是微透镜。微透镜可以设置在孔洞P区域的顶部以折射孔洞P的输出光。输出光可以聚焦在目标点上，以将光对准到光互连基板(此处未示出)的一45度反射层。45度反射层可以将聚焦光反射到光波导通道中。在另一方面，光收集模块C可以是角度选择式滤光器，以减小从孔洞P发射光的发散角。在另一方面，光收集模块C可以是DBR结构或一个共振腔结构来选择光波长和光角度。
在另一实施例中，图42是根据图40一实施例的关于光收集模块C示意图。光收集模块C由光通道T满足。光通道T可形成环绕孔洞P区域的增强反射金属层的顶部上。请注意，光通道T也可以环绕孔洞P区域选择形成在正式功能发光装置的TCL上。另外，光通道T也可以环绕孔洞P区域并形成在增强反射金属层的一部分和主要功能发光装置的TCL的一部分上。在该实施例中，内壁涂覆反射材料。
另一个实施例中，透明高折射率材料可以选择性地填充到光通道T中。图43是透明高折射率材料填充到图42的光通道T中。请注意，透明高折射率材料的高度与光通道T高度的高度相同。在另一个可选实施例(在此未示出)中，透明高折射率材料的高度可以比光通道T高度短。通道管内的透明高折射率材料的顶部形状可以是倒置的圆顶形状。换句话说，根据光通道T的材料来控制透明高折射率材料的表面形状。
在另一个实施例中，图44显示透明的高折射率材料可选择地填充到光通道T中并且由于表面张力效应而形成光通道T的圆顶形状。透明高折射率材料的圆顶形状可以作为光通道T顶部的透镜以收集并聚焦更多的光。
现在参考TCL可选自氧化铟锡、氧化锌掺镓、铟镓锌氧、氧化锌掺杂镓铝。TCL的厚度可以从匹配四分之一波长的光学长度中选择，以输出最佳化的光功率。反射金属层可选自Ti、Cr、Al、Ag、Ni、Cu、Au或将这些金属混合以形成合金层。组合金属层可以Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Ni/Cu、Ti/Ag/Ni/Au，Ti/Ag/Ni/Cu、Cr/Al/Ni/Au、Cr/Ag/Ni/Au的组合。
隔离层可以由介电材料如SiOx、SixNy、Al2O3、TiO2，并通过使用等离子体增强化学气相沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积来沉积。请注意，隔离层可以是具有高/低折射率的多个介电质，例如DBR结构，以提供介电质反射层在微型发光装置的侧壁上。隔离层可以选自聚合物，诸如聚亚酰胺，硅氧烷和环氧化合物。隔离层可以选择性地结合多层，例如介电质材料和聚合物。
在其他实施例中，现在参考图35至图44，增强的反射金属层可以选择性地覆盖在如图10结构的隔离层上。因此，图10中的绝缘层可以选择覆盖在中的街道区域、沟槽区域、以及n型层的一部分。绝缘层也可以覆盖图的整个反射金属层，用来隔离微型发光装置阵列。
在另一个实施例中，图45示出了在外延基板上的水平电流型多重微型发光装置阵列的截面结构另一示意图。反射层在外延基板的下面形成。直接能隙LED外延结构由初始生长外延层(n型层)、主动层103和p型层组成。n型层在外延基板上形成。对于微型发光装置，在p型层的一部分上形成TCL，在TCL的一部分上形成增强反射金属层，且隔离层覆盖街道区域中的每个微型发光装置的边缘。一个微型发光装置区域中的p型层的一部分、主动层103的一部分、和n型层的一部分被去除以暴露蚀刻区域中的n型层。隔离层也覆盖蚀刻区域的边缘、p型层的一部分、和街道区域的边缘中暴露的n型层。隔离层也可以选择性覆盖暴露的n型层的一部分(这里未示出)。孔洞P区域在顶部TCL的一部分上形成以发射输出光。光收集模块C形成环绕孔洞P区域以收集输出光。微型发光装置结构还包括顶部增强反射金属层的一部分上的p型焊盘。蚀刻区域的暴露的n型层上的n型焊盘以形成n型接触。n型焊盘也可以选择在隔离层顶部的一部分(此处未示出)以增加n型焊盘高度。凸块104形成在p型焊盘上、以及形成到每个微型发光装置的n型焊盘。凸块104也可以是导线的引线的结合。隔离层可以选自聚合物，诸如聚亚酰胺，硅氧烷和环氧化合物。隔离层可以选择性地结合多层，例如介电质材料和聚合物。
在另一方面，图45的外延基板可以更薄，另一厚基底可以形成在外延基板的下方以增强微型发光装置阵列模块的厚度以提供厚载体特性(thick carriercharacteristic)。图46显示一水平电流型多重微型发光装置阵列在一外延基板和一厚基板上的的另一截面结构示意图。在厚基板上形成反射层和晶种层。外延基板形成在反射层上。
在另一个实施例中，图45结构提供附加侧壁反射金属层，图47显示水平电流型多重微型发光装置阵列在外延基板上的另一截面结构示意图。在外延基板的下面形成反射层。直接能隙发光装置外延结构由初始生长外延层(n型层)、主动层103和p型层组成。在外延基板上形成n型层。对于微型发光装置，在p型层的一部分上形成TCL，并且在街道区域中的每个微型发光装置的边缘上覆盖隔离层。一个微型发光装置区域中的p型层的一部分、主动层103的一部分和n型层的一部分被去除以暴露蚀刻区域中的n型层。隔离层还覆盖在街道区域的边缘中的蚀刻区域的边缘、p型层的一部分和暴露的n型层。隔离层也可以选择性覆盖暴露的n型层的一部分(这里未示出)。增强的反射金属层形成在TCL的一部分、p型层的一部分的顶部上。增强金属反射层还覆盖街道区域中的侧壁隔离层。孔洞P区域形成在顶部TCL的一部分上的以发射输出光。光收集模块形成环绕孔洞P区域以收集输出光。微型发光装置结构还包括顶部增强反射金属层的一部分上的p型焊盘。在蚀刻区域中暴露的n型层上的n型焊盘形成n型接触。n型焊盘也可以选择在隔离层顶部的一部分(此处未示出)上，以增加n型焊盘高度。凸块104形成在p型焊盘上，以及形成到每个微型发光装置的n型焊盘。凸块104也可以是导线的引线的结合。隔离层可以选自聚合物，诸如聚亚酰胺，硅氧烷和环氧化合物。隔离层可以选择性地结合多层，例如介电质材料和聚合物。
在另一方面，图47的外延基板可以更薄，可以在外延基板的下方形成另一厚基板以增加微型发光装置阵列模块的厚度以提供厚载体特性。图48显示一水平电流型多重微型发光装置阵列在一外延基板和一厚基板上的的另一截面结构示意图。在厚基板上形成反射层和晶种层。外延基板形成在反射层上。
在图45、图46、图47、以及图48中，反射层可以是选自Al、Ag、Ni、Ti、Cr、Ni、Cu、Au的反射金属层，或者将这些金属混合以形成合金层。反射层可以是一多层介电层，例如DBR结构或共振腔结构。在一个可选的反射层结构中，请注意，反射层可以仅特定地形成在一区域中对齐外延基板下方的孔洞P区域。特定反射层区域可以大于孔洞P区域的特定反射层区域，但是不覆盖整个一个微型发光装置区域。形成特定反射层区域的目的是防止一个微型发光装置的光反射回到邻近的微型发光装置。
在图45、图46、图47、以及图48中，TCL可选自氧化铟锡、氧化锌掺镓、铟镓锌氧、氧化锌掺杂镓铝。TCL的厚度可以从匹配四分之一波长的光学长度中选择，以输出最佳化的光功率。隔离层可以由介电材料如SiOx、SixNy、Al2O3、TiO2，并通过使用等离子体增强化学气相沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积来沉积。请注意，隔离层可以是具有高/低折射率的多个介电质，例如DBR结构，以提供介电质反射层在微型发光装置的侧壁上。隔离层可以选自聚合物，诸如聚亚酰胺，硅氧烷和环氧化合物。隔离层可以选择性地结合多层，例如介电质材料和聚合物。
对于高速调变，减小电容效应是增加反应时间的关键因素之一。在一个微型发光装置中，一个p型层和一个n型层之间的主动层是电容效应区域。参考TCL可以仅形成在p型层的特定区域上以减小主动层103的电容效应。一个良好的p型欧姆接触提供低电阻接触以允许仅电流注入到特定区域。p型层上的特定欧姆区用于限制仅扩散到微型发光装置中的特定区域的电流，并降低主动层103电容器效应。特定区域只能在孔洞P区域形成。特定区域可以大于孔洞P区域。另一方面，为了进一步减小主动层103的电容效应，隔离层可形成在孔洞P区域旁边的顶部主要p型层上，TCL可形成在顶部隔离层上与孔洞P区域的p型层。特定区域可以大于孔洞P区域。另外，特定区域可以由TCL组成。增强金属反射层可以形成在顶部p型层上并覆盖环绕TCL的特定区域。增强型金属反射层可以是p型非欧姆接触金属层。
参考图45～图48，光收集模块C与图6的光收集模块C的结构相同。光收集模块C可以是微透镜。光收集模块C可以是光通道T。光通道T与图7中的光通道T的结构相同。填充透明高折射率材料的光通道T与图8中的结构相同。填充透明高折射率材料以形成圆顶形状的光通道T与图9中的结构相同。
参考图6、图11、图16、图21、图26、图31、图36、以及图41所示，光收集模块C可以是由透明高折射率材料形成的微透镜。透明高折射率材料可以选自溶胶-凝胶(sol-gel)、透明该聚酰亚胺(transparent polyimide)、透明硅氧烷(transparent silicone)，透明聚甲基丙烯酸甲脂(transparent PMMA)、透明环氧化合物(transparent epoxy)、透明溶胶(transparent glue)、透明凝胶(transparent gel)。光收集模块C可以是由多个辩证层形成的角度选择式滤光器。通常，发散角大于+/-60°甚至更宽。宽发散角可以将光发射到相邻光波导通道以引起串扰错误信号(crosstalk error signal)。角度选择式滤光器可以通过使用有效光学厚度的特性来形成。角度选择式滤光器具有与高折射率层和低折射率层组合的多个层。通过光学设计和模拟，发散角可以减小到+/-15°甚至更小。入射光的其他角度可以被反射回到微型发光装置并反射多次，直到光角度符合设计的发散角以脱离。因此可以获得高度紧凑和方向性的光。光收集模块C可以是DBR结构或共振腔结构，由高/低折射率介电材料(例如TiO2/SiO2/TiO2)形成以选择光学波长和光角。
对于微透镜，微透镜的直径和微透镜的高度可以通过光学追踪程式(opticallight tracing program)来模拟。微透镜可以通过光刻法(photolithography method)形成并布局图样。灰阶光罩层(gray level photo mask)可以设计和形成以控制微透镜的曲率大小和高度。可以选择透明高折射率光敏材料(transparent high refractive indexphotosensitive material)(光阻剂(photoresist))以涂覆在微型发光装置晶片的顶部上。透明高折射率光阻剂可以选自如玻璃或聚合物的材料，包括基于聚亚酰胺的光阻剂、基于硅氧烷的光阻剂、和基于环氧化合物的光阻剂。微透镜也可以由高粘度材料通过如光刻、微型网印(micro screen printing)、微型印刷(micro printing)、微型喷射(microjetting)、微型喷墨印刷(micro inkjet printing)、和微型接触印刷(micro contactingprinting)、微型点胶(micro dispensing)、纳米压印(nano-imprinting)、自组装等不同技术形成。在一些特定实施例中，微透镜可以通过透镜模制技术(lens molding technology)形成。另一方面，可以首先预制微透镜，然后安装到孔洞P区域。预制微透镜可以通过透镜成型，微影定图形(lithography patterning)和插入物(interposer)制成。例如，微透镜可以通过透镜模制成为玻璃或硅基板中或上的透镜阵列。预制微透镜阵列可以对准并连接到微型发光装置的开口孔洞P区域。
对于光通道T，参照图7、图8、图9、图12、图13、图14，图17、图18、图19、图22、图23、在图24中、图27、图28、图29、图32、图33、图34、图37、图38、图39、图42、在图43、图43、图44，光通道T可以是圆柱形管、矩形管、方形管形成在TCL的顶部、增强的反射金属层、或半导体层的顶部表面上。光通道T的内壁形状可以是任何形状的任何封闭形状，例如圆形、六边形、矩形、椭圆形、正方形或多边形。然后，来自微型发光装置的孔洞P的输出光将被限制在光通道T中。微型发光装置输出光只能在光通道T中传播。光通道可以由通道管形成。光通道T的内壁可以由反射层形成。通道管可以是通过图案化和沈积金属层形成，例如Cr、Al、Ti、Ag、Ni、Au、Cu、AuSn、Sn、CuSn、CuAgSn、In、SnBi或它们的组合金属层形成的金属层，如Cr/Al/Ni/Au、Cr/Al/Ni/Cu、Cr/Al/Ni/Cu、Cr/Ag/Ni/Au、Cr/Al/Ni/Au/Ni/Au/CnSn或任何合适的那些组合金属层。金属层也可以通过电铸金属层例如Cu、Ni、Ni-Co、Sn、Ag、Au、AuSn、Sn、CuSn、CuAgSn、In、SnBi、Cu/Ni/Ag、Cu/Ni/Au、Cu/Ni/Ag/Sn、Cu/Ni/Ag/In、Cu/Ni/Au/Sn、Cu/Ni/Au/In或它们的组合金属层。光通道T的内壁可以通过金属沉积或电铸程序(electroforming process)形成为反射材料。请注意，在形成金属层之后，一附加层例如聚合物可以选择形成。
另一方面，光通道T可以提供管作为用于光纤插入的连接孔。对于光通信系统，光学装置需要提供合适的数值孔径(以下简称NA)以将光信号耦合到用于获得良好数据通信的光纤。通常，由于其高准直光束(high collimation light beam)的激光光束具有更好的NA以允许光耦合到光纤的中心(core)。然而，光耦合仍然需要良好的对准来实现。本发明的光通道T可以提供一管路作为孔以允许光纤插入。在多次反射之后可以将更多的光耦合到光纤中。因此，光损失会更小，光耦合效率会更好。另外，本发明的光通道T也可以在装置阵列系统中提供准确的光信号侦测。装置阵列系统可以是光侦测器阵列、发光装置阵列，用于识别萤幕、任何操作面板或生物科技装置光链接应用(biotech devices light-linkingapplications)的更精确位置。本发明的光通道T还可以为显示系统中的一个单个像素提供光限制通道，以实现如有机发光二极管(OLED)显示器或微型LED显示器的纯单个像素发光的无串扰光。内壁涂覆的反射材料可以提供光通道T以达到强大的应用，以引导光并将光信号从一点传送到另一点。本发明的光通道T也可以形成在光信号通信系统中的任何合适的位置，以将光信号从一点连接到另一点。本发明的光通道T可以广泛用于将光从一点传递到另一点。本发明的光通道T可以形成为三维，例如x轴y轴和z轴，用于任何潜在应用，例如光电子装置的三维封装。例如，图1至图4结构的光通道T形成在z轴上。又如，可以在光互连基板中形成x轴或y轴光通道T。此外，可以首先形成多层的x轴光通道或y轴光通道。然后可以选择一层中的每个x轴光通道或y轴通道通过设计的z轴光通道连接到其他x轴光通道或y轴光通道。本发明的多重光通道可以达到多重光通道对传递多重光信号的要求或增加光信号容量。
为了将透明高折射率材料填充到光通道T中，参照图8、图9、图13、图14、图18、图19、图23、图24、图28、图29、图33、图34、图38、图39、图43和图44，透明高折射率材料可选用溶胶-凝胶、透明该聚酰亚胺、透明硅氧烷、透明聚甲基丙烯酸甲脂、透明环氧化合物，透明溶胶、透明凝胶等。
在本发明中，参考直接能带发光装置外延结构可以由不同的外延生长结构形成，以降低错位密度(dislocation density)以实现高速带宽反应时间目的。发光装置可以是垂直腔面射型激光(VCSEL)、激光、发光二极管(LED)、共振腔发光二极管(RCLED)、光子晶体LED或光子晶体垂直腔式面射型激光。在氮化物发光装置的一个特定实施例中，发光装置外延层可以生长在如GaN基板或GaN/蓝宝石的晶格匹配基板上。发光装置外延层可以在图案化蓝宝石基板、图案化硅基板上生长。另外，作为光信号传递源的发光装置，通过使用改进的外延结构来实现目标光功率的上升和下降时间，可以非常快以满足带宽要求。修改后的外延结构可以从减少多个量子井(quantum well)的数量、修改增加量子井厚度、插入电子抵制层、梯度成分电子阻挡层(graded-composition electron blockinglayer)、双层结构、主动层轻微掺杂、极化匹配基板、增加量子井的厚度以减少欧杰复合(Auger recombination)等。因此，外延结构调变的目的是为了在光互连应用或光信号传输中，在低电流密度下获得足够的光功率和高功率效率以用于高速带宽调变应用。在VCSEL发光装置的另一个特定实施例中，一部分p型层和一部分n型层具有通过扩散或离子注入而形成的电流限制区域和光限制区域。p型层和n型层都具有DBR结构，从而为激光提供高反射率特性以激发激光作用(lasing)并以特定波长发射。在另一特定的发光电晶体中，半导体结构可以由第一类型半导体层/第二类型半导体层/另一第一类型半导体层形成，例如由n型层/p型层/n型集电极(NPN)或p型层/n型层/p型集电极(PNP)。由第一半导体层和第二类型半导体层形成的第一PN接面被认为是用于发光或吸收光的主动层。由第二类型和另一个第一类型半导体层形成的第二PN接面是用于控制载子注入(carrier injection)的电晶体的集电极。第二个PN接面不是发射光或吸收光的主动层。通过控制通过集电极的第二PN接面的载子注入速率可以获得发光电晶体的较高速度调制。发光电晶体也可以称为光电积体电路(OEIC)，以控制一个半导体结构中的发光装置的载流子注入速度。
在光刻图案化或填充之后，可以通过热固化、UV固化或IR固化来固化聚合物。该聚合物可以选自硬材料，如溶胶、凝胶，溶胶-凝胶、基于环氧化合物的光敏电阻、基于硅氧烷的光敏电阻、基于聚亚酰胺的光敏电阻、苯基-硅氧烷(phenyl-silicone)、光敏电阻、UV固化胶、热固化胶。聚合物还可以选自拉伸材料，如溶胶、凝胶、环氧化合物、聚亚酰胺、聚对二甲苯(parylene)、硅氧烷、甲基-硅氧烷(methyl-silicone)、内聚性的溶胶(cohesivegels)、硅氧烷溶胶、PMMA、光敏光刻胶、UV或热固化胶。
增强的反射金属层可以将光反射回半导体区域。从主动层产生的光被照射到半导体区域内的任何角度。在一个微型发光装置结构中，输出光只能从孔洞P区域发射。为了从孔洞P区域获得更多的光输出，从一个微型发光装置的主动层产生的光可以被多次反射，然后通过孔洞P区域输出光。因此，可以减小微型发光装置的输入功率以节省功耗并减少热控制问题。增强反射金属层可以通过Ti、Cr、Al、Ag、Ni、Cu、Au或它们的组合金属层例如Ti/Ni/Cu/Ti、Ti/Ag/Ni/Cu/Ti、Ti/Al/Ni/Cu/Ti、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Ag/Ni/Au、Cr/Al/Ni/Au、Cr/Ag/Ni/Au或金属层的任何适当组合。
种晶层可以选自Cr、Ti、Cu、Au、Cu、Ni、Ag或者混合这些金属以形成合金层。附加的可选结合层(此处未示出)可以形成到种晶层。结合层可以选自Au-Au、In-Au、AuSn、CuSn、CuSnAg、Sn、In等金属结合层或金属共晶结合层，或者将这些金属混合以形成合金层。
现在参考图5-图44结构、图46结构、图48结构，厚基板可以采用电铸技术形成。电铸金属层的厚度大于1μm。电铸金属层可以选自Cu、Ni-Co、Cu、Au及其组合金属。选择较厚的基板用于具有较高导热性能的散热厚层。厚基板可以是载体基板(carrier substrate)。载体基板可以通过结合形成到种晶层。结合可以选自金属结合、金属共晶结合(metaleutectic bonding)、阳极结合(anodic bonding)、超声波金属结合(ultrasonic metalbonding)和聚合物结合技术(polymer bonding technologies)。载体基板可以是半导体晶片基板或陶瓷基板，例如Si、GaAs、SiC、AlN和Al2O3。载体基板可以是诸如Mo、Cu、CuW、Ni-Co的金属。载体基板可以是透明材料，例如玻璃、蓝宝石和石英。
孔洞P可以形成在微型发光装置的中间以输出光。孔洞P可以是任何形状，例如圆形、六边形、矩形、椭圆形、正方形或多边形。孔洞P形状优选为圆形。微型发光装置的非开口区域旨在防止光逃逸到邻近的微型发光装置区域。一旦光与相邻的微型发光装置串扰，可能会让误差信号传递到相邻的光学波导通道的。因此，来自每个微型发光装置的光，可以限制仅通过开口孔洞P逸出的输出光，并且将光传递到光收集模块，并且光收集模块将光引导到光波导通道。
凸块104可以球凸块，选自Au、Cu、Ag、CuSn、Sn、SnAgCu或用于结合的任何合适的球金属。凸块104可以是可选地形成在p型焊盘和n型焊盘区域的顶部上的焊料/共晶层。作为连接层的共晶(焊料)层可以选自AuSn、CuSn、Sn、CuSn Ag、铟、SnBi、铟/金或任何合适的焊接和共晶金属化。在另一方面，凸块104可被替换为异方性导电粘合剂材料(anisotropicconductive adhesive material)，可将发光装置有力地连接至目标基板。对于各向异性导电粘合剂材料，它具有覆盖在聚合物中的非导电屏蔽混合物(nonconductive shieldmixing)的金属粉末。非导电屏蔽可以通过热压合技术来破坏以提供异方性导电功能。请注意，凸块104也可以是导线的引线的结合。焊线材料可以选自金导线、铜导线、铝导线、银导线、铂导线、钯导线或任何合适的导线。
应该注意的是，光通道T可以通过坝(dams)来满足。此外，相邻坝的间隙尺寸用于控制孔洞P尺寸的大小。还请注意，本发明中的微型发光装置可以是微型发光装置阵列。光通道T作为布置在微型发光装置阵列上的坝阵列。
图49显示厚基板上的微型发光装置阵列模块中的微型发光装置的简化示意图。简化的微型发光装置由发光装置、p型焊盘、n型焊盘、凸块104和光收集模块组成。在上述发明中，每个简化的微型发光装置，可以被表示为全部每一个微型发光装置阵列实施例(从图5至图39以及图45至图48)。图49A显示出厚基板上的共阴极微型发光装置阵列的另一简化示意图。因此，图40结构、图41结构、图42结构、图43结构、图44的结构可以简化为图49A结构。
请注意，微型发光装置阵列模块中的微型发光装置的数量可以是n×m微型发光装置阵列(n＝1,2,3...；m＝1,2,3...)。图50A绘示厚基板下方的多个1×4微型发光装置阵列模块的侧视图范例。一个1×4微型发光装置阵列模块可以被定义为晶圆型态(waferform)，然后被切割成1×4微型发光装置模块尺寸。切割技术可以从激光切割、切割锯切(dicing saw cut)、水射流(water jet)中选择。图50B绘示出了在厚基板下方的多个1×4微型发光装置阵列模块的另一侧视图范例。可以在一个1×4微型发光装置阵列模块上形成厚基板，可以在每个厚基板的顶部上形成载体基板，以将所有微型发光装置阵列模块以一个晶片形式连接在一起。可以应用切割路径来切割载体基板中的阵列-街道区域。阵列街道区域中的隔离层或聚合物层可以通过轻微的激光切割来去除。基于1×4微型发光装置阵列模块间距，载体基板可以通过激光切割、切割锯切、水射流分离。因此可以获得1×4微型发光装置阵列模块。
在微型发光装置阵列模块分离之后，图51A显示1×4微米发光装置阵列模块的背面视图的一个实施例。光收集模块可以位于每个微型发光装置单元的中间p型焊盘和n型焊盘可以分别形成在每个微型发光装置单元的底角(bottom corners)上。请注意，在每个微型发光装置单元的顶部中间位置也形成虚拟焊盘。虚拟焊盘，p型焊盘和n型焊盘可以在微型发光装置单元的下方提供三角点。对于倒装晶片结合(flip chip bonding)，球凸块可以在这些焊盘上形成。一个微型发光装置上的焊盘上的三个球可具有相同的高度水平，以防止微型发光装置阵列接合过程期间的倾斜效应。对于1×4微型发光装置阵列倒装晶片结合，底部有八个焊盘，顶部有四个焊盘，这可以提供稳定的结合过程。
在另一个实施例中，图51B显示虚拟焊盘可以形成在街道区域的顶部位置上，并且可选地覆盖相邻的两个微型发光装置。在一个微型发光装置阵列模块中，包括型p焊盘、n型焊盘和虚拟焊盘的焊盘，可以在用于倒装晶片焊接的球凸块形成之后提供相同的高度水平。
在另一个实施例中，图51C显示共阴极型微型发光装置阵列的背面图。图51B中的n型焊盘的数量，可以减少为只有一个单一的n型焊盘。因此，可以减少球凸块的数量。
在另一个实施例中，图51D显示了共阴极型微型发光装置阵列的另一个背面视图。对于微型发光装置，可以在一个微型发光装置的一角上形成共阴极n型焊垫，并且可以在一个微型发光装置的对角上形成p型焊垫。对于另一种微型发光装置，可以在一个微型发光装置的角上形成虚拟焊盘，并且可以在其他微型发光装置的对角上形成p型焊垫。在一个微型发光装置阵列模块中，包括p型焊垫、n型焊垫和虚拟焊盘的焊盘，可以在用于倒装晶片焊接的球凸块形成之后提供相同的高度水平。因此，由于焊盘数量的减少，每个微型发光装置发射区域可以被增强，并且球凸块的数量也可以被减少。
现在参考图49、图52。图49结构可以通过倒装晶片微型发光装置阵列结合工艺或任何合适的技术形成在光互连基板上。微型发光装置阵列可以是分别与光互连基板的n线和p线对齐的倒装晶片。结合可以通过热压结合(thermal press bonding)、微波结合(microwave bonding)，超声波结合(ultrasonic bonding)或异方性导电结合(anisotropic conductive bonding)形成。类似地，图52A显示图49A结构可以形成在光互连基板上。请注意，图52A的有效光收集模块区域，与图52相比，图52A可以增加。
封装聚合物(packaging polymer)可以填充到图52结构和图52A结构的气隙(airgap)区域中，以形成一可靠的封装装置。封装聚合物可以是选自低折射率材料的透明聚合物，例如聚亚酰胺、聚对二甲苯、环氧化合物、硅氧烷、PMMA、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane)、凝胶、溶胶、白胶、塑料、陶瓷或粘合促进剂(adhesionpromotor)。另一方面，封装聚合物可以是选自染色硅硅氧烷、染色环氧化合物、染色凝胶、染色溶胶、染色光刻胶材料或将聚合物与颗粒混合的非透明聚合物。混合颗粒可以选自SiO2、TiO2、碳或其他氧化物金属。
在微型发光装置阵列模块安装到光互连基板的一些特定应用中，光收集模块C可以是光通道T。图53绘示了图52结构的简化的微型发光装置阵列模块安装到光互连基板上。图53A绘示了图52结构的简化的共阴极型微型发光装置阵列模块安装到光互连基板上。在光通道T和光互连基板之间可以形成一Z间隙(Z-gap)。
在一个实施例中，Z间隙可以大于1微米。在另一个实施例中，由于光通道T接触光互连基板，Z间隙可以几乎为零(轻微接触)或零(接触)。
在另一个实施例中，接收焊盘可以初始形成在光互连基板上。图54显示微型发光装置阵列模块的简化光通道T，可以安装到光互连基板。图54A显示可以将共阴极类型的微型发光装置阵列模块的简化光通道T安装到光互连基板。光通道T在图54与图54A中，可以被对准并且连接到光互连基板的接收焊盘。
现在参考图53、图53A、图54、图54A，光通道T也可以形成在光互连基板上。在选项中，微型发光装置的孔洞不具有光通道T。然后可以将微型发光装置对准并安装到形成在光互连基板上的光通道T。在另一种选项中，光通道T单元可以在微型发光装置上又在光互连基板上两者形成。因此，在将两个光通道T单元连接在一起之后，可以收集和引导光信号。通过使用光通道T将一个点(例如微型发光装置)连接到另一个点(例如光互连基板)之后，光通道T是封闭的通道管。为了封装目的，可以将封装聚合物填充到图53结构、图53A的结构、图54的结构、图54A结构的气隙区域中，以形成可靠的封装装置。封装聚合物可以是透明聚合物，例如聚亚酰胺、聚对二甲苯、环氧化合物、硅氧烷、PMMA、聚二甲基硅氧烷、凝胶、溶胶、白胶、塑料、陶瓷或粘合促进剂。另一方面，封装聚合物可以是选自染色硅硅氧烷、染色环氧化合物、染色凝胶、染色溶胶、染色光刻胶材料或将聚合物与颗粒混合的非透明聚合物。混合颗粒可以选自SiO2、TiO2、碳或其他氧化物金属。填充到这些结构的气隙区域中的不透明聚合物，可以额外提供吸收屏障(absorption barrier)，以避免来自一个微型发光装置的光串扰相邻的微型发光装置区域。每一个微型发光装置只能将光发射到光通道T中以传递光信号。可以进一步获得用于数据通信的纯粹且高质量的光信号。因此，更高速调制的微型发光装置可以完成。
请注意，在图53、图54中微型发光装置阵列模块的简化光通道可以从以下结构中选择：图结构、图结构、图结构、图 结构、图结构、图结构、图结构。还请注意，在图53A、图54A中微型发光装置阵列模块的简化光通道可以从图42结构、图43结构、图44结构选择。
在一个特定实施例中，图53和图53A中结构一旦Z间隙存在，可以将封装透明聚合物填充到其中的光通道中。光通道之后的光线可能会从Z间隙有些散射出来。因此，Z间隙的距离尽可能小。
在另一方面，微型发光装置阵列模块的光通道T可以预先填充透明高折射率材料，如图8结构、图9结构、13结构、图14结构、图18结构、图19结构、图23结构、图24结构、图28结构、图29结构、图33结构、图34结构、图38结构、图39的结构、图43结构、图44结构。因此，封装低折射率封装聚合物不能被填充到光通道T中。通道T之后由于光而聚焦到光互连基板的光，是从高折射率材料到低折射率材料。
在特定实施例中，光通道T可以用光互连基板的接收焊盘密封。封装聚合物不能被填充到图54以及图54A的光通道T中。光可以通过光通道T直接传播到光互连基板。
现在参考图52结构、图52A结构、图53结构、图53A结构、图54结构，微型发光装置阵列模块可以为微型发光装置模块提供显著优异的导热路径。微型发光装置模块可以将从主动层产生的热量通过顶部半导体层散发至顶部金属层，并且将厚基板散发至环境。另外，微型发光装置模块还可以通过底部半导体层、底部金属层和焊盘将热量耗散到光互连基板。
图55绘示作为光学传递装置的微型发光装置形成的光互连模块的例子。作为光源的每一个微型发光装置都可以通过收集模块发射光信号，并且可以传递到45度平面反射层。光信号通过光收集模块后可以被45度平面反射层反射，然后耦合到光波导通道中。光信号然后可以从波导通道输出并且由另一个45度平面反射层再次反射。光信号最终可以被光侦测器模块(photo detector module)接收以完成光互连工作。请注意，结构可以选择作为传输光信号装置的微型发光装置阵列模块。
在图55、图55A的另一个实施例中，绘示了可以选择性地在光侦测器模块的下方形成另一个附加的光收集模块。这个附加的光收集模块形成在光侦测器模块下方，用于收集从光波导通道的第二反射面所反射来的发光装置的光信号。光侦测器模块的附加光收集模块可以是另一个光收集模块、或另一个光通道模块。
图55B是一个光侦测器模块，由厚基板上的光侦测器结构覆盖组成。光侦测器结构与图1、图1A、图2、图2A、图3、图3A、图4、图4A结构相同。光侦测器也是具有第一类型半导体层和第二类型半导体层的半导体结构。位于第一类型半导体层和第二类型半导体层之间的主动层。主动层是光学帮浦(optical pumping)主动层，可以吸收光并将光子能量转换成电信号。电信号可以通过光侦测器的第一焊盘和光侦测器的第二焊盘传送到解码IC。此外，第一焊盘设置在覆盖第一型半导体层的反射层的顶部表面上；第二焊盘设置在覆盖第二类型半导体层的反射层的顶部表面上；以及孔洞设置在第一类型半导体层的顶部表面上并穿过反射层；并且光收集模块环绕孔洞，覆盖反射层的顶部表面。其中，第一型半导体层和第二型半导体层在主动层中形成PN接面；第一焊盘耦合到第一类型半导体层；第二焊盘耦合到第二类型半导体层；并且，光收集模块用于在一个方向上引导光。
现在参照图55、图55A和图55B，波导通道由芯层(core layer)形成并且由封闭包层(closed cladding layer)覆盖。芯层的折射率大于包层的折射率。由于折射率的差异，芯层中的光信号可能是包层的全内反射(TIR)。芯层可以被称为波导通道。
在另一个实施例中，波导通道可以是另一个光通道T。现在参考图53、图53A、图54、图54A、图55、图55A，另一个光通信模块可以由光通道T形成。图55C绘示了通过使用光通道T的另一简化的光信号传递模块。光通道T通过将包括微型发光装置的光通道T1、光侦测器的光通道T4、光通道T2的顶层边缘、以及由基板的反射层和顶层的反射层形成的光通道T3。底层可形成在基板上，以提供α角以覆盖反射层。反射层可以形成在基板的一部分顶层的一部分上。顶层可以形成在底层的顶部。从微型发光装置到光电侦测器的光信号路径，可以完全通过闭合光通道T。从微型发光装置发射的光信号可以传输到光通道T1，并且被内壁K1反射。光信号然后可以通过左侧的内壁K2反射，并且通过左侧的底层的反射层再次反射。光信号然后可以被内壁K3多次反射并且再次被右侧底层的另一反射层反射。光信号可以被右侧的内壁K2反射，并且再次被内壁K4反射。内壁K4之后的光信号可以由光电侦测器解码。角度α可以大于5度。基板可以是刚性基板或柔性基板。基材可以是固体材料、聚合物或金属层。光通道T(T1至T4)可以通过沉积金属层或电铸金属层形成。光通道的连接可以通过粘接、密封来形成。可以在光通道T3内填充透明材料。也可以选择透明材料填充所有光通道(T1到T4)。请注意，光通道T2位于x轴或y轴上，光通道T4位于z轴上。通过结合光通道T2和光通道T4的发明构思，可以形成三维多光通道以提供多个光信号传递或增加光信号容量。
现在参考图7、图56A，绘示了具有顶部反射层、和底部增强反射金属层、以及底部孔洞P区域的水平电流型微型发光装置结构的光学示意图。从微型发光装置的主动层辐射的光被照射到半导体区域内的任何角度。输出光只能通过孔洞P区域发出。为了获得更多的光可以输出孔洞P区域，从一个微型发光装置区域的主动层产生的光可以被顶部反射层和底部增强反射金属层多次反射。多个反射光可以被收集以输出到孔洞P区域中。然后，光可以被限制在光通道T中，并且可以传播到光互连基板，如图55所示。例如，照射光点(irradiation light points)a、b、c在主动层。b1、b3的光路可以通过孔洞P直接发射输出到光通道T。a2、b2和c1的光路可以是一次反射，或者多次反射通过孔洞P输出到光通道T。因此，在相同的所需输出光功率条件下，微型发光装置的输入功率可以降低以节省功耗，并且可以很好地改善微型发光装置的热控制问题。然而，一些照射光不能从微型发光装置的边缘，例如a1、b4和c2的光路反射。因此，在微型发光装置的边缘上形成附加的反射层可有助于收集更多的光。
在另一个实施例中，参考图12所示，可以在微型发光装置的边缘上形成附加的反射层。图56B绘示具有顶部反射层和底部增强反射金属层、底部孔洞P区域和边缘反射层的水平电流型微型发光装置结构的光学示意图。边缘侧反射层可以是涂覆在隔离层上的增强反射金属层，或者是由DBR结构形成的隔离层。边缘侧反射层、顶部金属反射层和底部增强反射金属层几乎可以完全覆盖到单个微型发光装置的所有侧边上。从微型发光装置的主动层产生的光，被照射到半导体区域内的任何角度。输出光只通过孔洞P区域发射出去。为了获得更多的光输出孔洞P区域，从一个微型发光装置区域的主动层产生的光可以被顶部反射层、底部增强反射金属层以及所有边缘侧反射层多次反射。多个反射光可以被收集以输出到光圈P区域中。然后，光可以被限制在光通道T中，并且可以传播到光互连基板，如图55所示。例如，在图56A的主动层处的a、b、c的光点。a1、b4和c2的光路不能被收集到孔洞P中。图56B显示a1、b4和c2的光路然后可以被边缘涂覆反射层反射。可以将更多的光例如a1、b4和c2光路收集到光通道T中。因此在相同的所需输出光功率情况下，图56B结构相较于图56A中的微型发光装置的输入功率可以更加减小。图56B结构可以节省更多的功耗，并且可以进一步改善微型发光装置的热控制问题。
现在参考图17、图22，图57A绘示具有顶部反射层和底部增强反射金属层、以及底部孔洞P区域的垂直电流型微型发光装置结构的光学示意图。现在参考图27和图32，图57B绘示具有顶部反射层、底部增强反射金属层、底部孔洞P区域和边缘反射层的垂直电流型微型发光装置结构的光学示意图。边缘反射层可以是例如涂覆在隔离层上的增强反射金属层，或者是由DBR结构或共振腔结构形成的隔离层。边缘侧反射层、顶部金属反射层和底部增强反射金属层几乎可以完全覆盖到单个微型发光装置的所有侧边上。从微型发光装置的主动层产生的光被照射到半导体区域内的任何角度。输出光只通过光圈P区域发射出去。为了获得更多的光输出到开口P区域，从一个微型发光装置区域的主动层产生的光，可以被顶部反射层、底部增强反射金属层以及边缘侧反射层多次反射。可以收集多个反射光以在孔洞P区域输出。光将被限制在光通道T中，并且可以传播到光互连基板。例如，图53A在主动层具有a、b、c的光点。a2、b4和c1的光路不能被收集到孔洞P中。图53B示出了a2，b4和c1的光路然后可以被边缘涂层反射层反射。更多的光，如a2、b4和c1光路可以被收集到光通道T中。因此，在相同的所需输出光功率情况下，图57B结构相较于图57A中的微型发光装置的输入功率可以更加减小。图57B结构可以节省更多的功耗，并且可以进一步改善微型发光装置的热控制问题。
现在参考图56A、图56B、图57A以及图57B，一个微型发光装置结构的光信号传递装置可以包含顶部反射层和底部反射层、孔洞P和光通道T在p型层上(如图56A所示)、或者在n型层(如图57A所示)。一个微型发光装置结构的光信号传递装置也可以包含顶部反射层、底部反射层和边缘反射层、孔洞P和光通道T在p型层上(如图56B所示)、或者在n型层(如图57B所示)。
在另一个实施例中，参照图55A、图55B的结构，图58是微型发光装置，并且光侦测器可以形成为光信号传递模块。波导模块的两个端点包括覆盖在芯层上的包层。芯层的折射率大于包层的折射率。由于折射率的差异，芯层中的光信号可能是包层的全内反射。芯层可以被称为波导通道。波导模块的一个端点可以形成在微型发光装置的光通道T内。波导模块的另一个端点可以形成在光侦测器的光通道T内。固定环可以在与每个端点的两个点间隔上预制。因此，波导模块的每个端点可以插入光通道T中并且通过固定环自动停止。固定环可以通过粘合材料固定到光通道T。另一方面，波导模块的两个端点可以首先插入光通道T中。可以在光通道T周围形成额外的粘合材料以固定波导模块。光通道T内部的波导模块的插入可以简化波导模块到光源(微型发光装置)的连接，并且简化波导模块到光侦测器的连接。考虑光束对准的对准和光束对准因子(light beam collimation factor)(如NA)可以忽略。波导模块可以从光纤中选择。波导模块也可以从具有波导通道的光互连基板中选择。波导模块也可以选自具有波导TIR结构的任何通道，以引导电磁波或光波。另一方面，参照图55C，波导模块可以被另一个光通道T代替。因此，波导模块的包层满足于具有涂覆在内壁K上的反射材料的光通道。波导模块的芯层满足气隙或透明材料。微型发光装置可以是LED、VCSEL、发光电晶体、OEIC、或RCLED。光侦测器可以是基于Si的半导体、III-V族化合物半导体或任何合适的化合物半导体。
在另一个实施例中，微型发光装置阵列可以形成在具有积体电路控制功能的背板上。图59绘示可以在具有驱动器控制器的背板上形成微型发光装置。从微型发光装置的n型层发射的光可以被设计成在n型层上的孔洞P。作为光通道T的坝将微型发光装置连接到光互连模块基板的金属层。孔洞P可以形成在第一类型半导体层上。光通道T可以形成环绕在孔洞P，并且聚焦光且将光引导到光互连模块以用于光信号通信目的。请注意，坝的内壁可以选择反射材料来反射光线。
因此，本公开描述了用于制造发光设备来处理光信号的方法和结构。尽管以上已经讨论了多个示例性方面和实施例，但是本领域技术人员将认定其某些修改、置换、添加和子组合。因此，以下所附权利要求和下文中引入的权利要求，旨在被解释为包括在其真实精神和范围内的所有这些修改、置换、添加和子组合。
虽然已经通过例子和优选实施例的方式描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于此。相反，它旨在涵盖各种修改。因此，所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释以包含所有这些修改。

Claims (10)

1.一种适用于处理光信号的半导体结构，其特征在于，该半导体结构包括：
一第一类型半导体层；
一第二类型半导体层；
一主动层，位于该第一类型半导体层和该第二类型半导体层之间；
一反射层，覆盖该第一类型半导体层和该第二类型半导体层的表面；
一第一焊盘，设置在覆盖该第一类型半导体层的该反射层的顶部表面上；
一第二焊盘，设置在覆盖该反射层的顶部表面上或该第二类型半导体层上；
一孔洞，设置在该第一类型半导体层的顶部表面并穿过该反射层；以及
一光收集模块，设置环绕该孔洞或覆盖该反射层的顶部表面；
其中，该第一类型半导体层和该第二类型半导体层在该主动层中形成一PN接面；该第一焊盘耦接到该第一类型半导体层；该第二焊盘耦接到该第二类型半导体层；以及，该光收集模块被用来引导光信号至一方向上。
2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该光收集模块引导来自该主动层的光或来自该反射层的反射光。
3.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该第一焊盘和该第二焊盘用于固定该半导体结构。
4.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该半导体结构更包含：
一第一凸块，设置在该第一焊盘上；以及
一第二凸块，设置在该第二焊盘上；；
其中，该第一凸块与该第二凸块用于固定该半导体结构。
5.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该光收集模块包含：
一光通道，具有一内壁；
其中，该内壁被涂上一反射材料。
6.如权利要求5所述的半导体结构，其特征在于，该光通道被填充一透明高折射率材料；以及
该透明高折射率材料的一表面形状根据该光通道的一材料所控制。
7.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该半导体结构更包含：
一透明接触层，设置在该第一类型半导体层的顶部表面上；
其中，该反射层间接地覆盖该第一类型半导体层的顶部表面；该第一类型半导体层是一p型层；该第二类型半导体层是一n型层；该第一焊盘是一p型焊盘；以及该第二焊盘是一n型焊盘。
8.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该反射层直接覆盖该第一类型半导体层的顶部表面；该第一类型半导体层是一n型层；该第二类型半导体层是一p型层；该第一焊盘是一n型焊盘；以及该第二焊盘是一p型焊盘。
9.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该光收集模块为一微透镜；以及
该微透镜用于折射光线和引导光线。
10.如权利要求4所述的半导体结构，其特征在于，该凸块是一金属或一合金。
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