CN110168753A - 具有发光二极管的光电器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造光电器件(10)的方法，包括以下连续步骤：提供至少部分地由半导体材料制成并具有相对的第一和第二面的衬底；在第一面上形成半导体层(22，23，24)的堆叠(19)，堆叠(19)包括相对的第三面和第四面(20，21)，第四面(21)在衬底侧上，所述堆叠包括发光二极管(16)；从第二面侧在衬底中形成穿过开口(34)，所述开口与至少一部分发光二极管相对并限定衬底中的壁(30)；在与堆叠接触的至少一些开口中的第四面上形成导电垫(36)；以及在至少一些开口中形成光致发光块(38)。

Description

具有发光二极管的光电器件
本专利申请要求法国专利申请FR16/63509的优先权，其将被认为是本说明书的组成部分。
背景技术
本公开涉及一种光电器件，特别涉及一种具有基于半导体材料的发光二极管的显示屏或图像投影器件及其制造方法。
相关技术的讨论
图像的像素对应于由光电器件显示的图像的单位元素。当光电器件是彩色图像显示光电器件时，它通常包括用于显示图像的每个像素的至少三个组件(component)，该组件也称为显示子像素，每个组件发射基本上为单色的光辐射(例如，红、绿和蓝)。由该三个显示子像素发射的辐射的叠加为观察者提供了与所显示的图像的像素相对应的色感。在这种情况下，由用于显示图像像素的三个显示子像素形成的组合(assembly)称为光电器件的显示像素。
存在包括基于半导体材料的发光二极管的光电器件，该半导体材料包括半导体层的堆叠，半导体层例如包括至少一个III族元素(element)和一个V族元素，下文称为III-V族化合物，特别是氮化镓(GaN)。
可以在半导体层堆叠上形成光致发光材料块。每个块适于将发光二极管发射的辐射转换成所需的辐射。根据子像素的排列，块位于半导体层堆叠上。
在图像显示器件中，当与一个子像素相关联的发光二极管发出的光到达与另一个子像素相关联的光致发光块时，发生串扰。为了减少子像素之间的串扰，已知在光致发光块之间提供不透明的或反射的壁。可以通过电镀技术制成壁。然而，这些技术通常不允许形成具有适合于子像素和光致发光块的尺寸的纵横比的壁。
发明内容
实施例的目的旨在克服先前描述的包括发光二极管的光电器件的全部或部分缺点。
实施例的另一个目的是减小相邻子像素之间的串扰。
实施例的另一个目的是发光二极管包括半导体层的堆叠，半导体层例如主要包含III-V族化合物。
实施例的另一个目的是在红、绿和蓝的原色不存在于来自发光二极管的同一个块中的情况下，壁应形成容纳颜色转换层的空腔。在红、绿和蓝的原色存在于来自发光二极管的同一个块中、例如发光二极管主要包括III-V族化合物的情况下，壁应当用作像素块的子像素。
因此，实施例提供了一种制造光电器件的方法，包括以下连续步骤：
a)提供至少部分由半导体材料制成并具有相对的第一和第二面的衬底；
b)在第一面上形成半导体层的堆叠，所述堆叠包括相对的第三和第四面，第四面在衬底侧上，所述堆叠包括发光二极管；
c)将堆叠(19)在第三面(20)侧接合到电子电路(14)；
d)从第二面侧在衬底中形成穿过开口，所述开口与至少一部分发光二极管相对并限定衬底中的壁；
e)在与堆叠接触的至少一些开口中的第四面上形成导电垫；和
f)在至少一些开口中形成光致发光块。
根据实施例，步骤b)包括形成与衬底接触的种子层，种子层由有利于堆叠的至少一个半导体层的生长的材料制成。
根据实施例，种子层可以至少部分地由氮化铝、氮化铝镓、氮化铝铟镓、氮化铝铟或氮化硅制成。
根据实施例，衬底包括由电绝缘层覆盖的支撑件，所述电绝缘层由半导体基底覆盖，并且在步骤b)，堆叠形成在半导体基底上，与半导体基底接触。
根据实施例，步骤d)包括完全蚀刻支撑件并蚀刻开口穿过绝缘层和半导体基底。
根据实施例，该方法还包括，在步骤c)之前，蚀刻堆叠中的沟槽以及用电绝缘涂层覆盖每个沟槽的步骤，沟槽在堆叠中从第三面延伸。
根据实施例，该方法还包括，在步骤c)之前，将离子注入堆叠中以形成在堆叠中从第三面延伸的电绝缘区的步骤。
根据实施例，该方法还包括，在步骤b)之前，在衬底中从第一面形成开口并在所述开口中形成壁，该壁至少部分由不同于衬底的材料制成，方法还包括，在步骤d)中，移除衬底以暴露壁。
另一实施例提供一种光电器件，包括：
堆叠，包括发光二极管；
壁，至少部分地由搁置在堆叠上的半导体或电绝缘材料制成，该壁限定开口，该开口与发光二极管的至少一部分相对；
导电垫，在与堆叠接触的至少一些开口中；和
光致发光块，在至少一些开口中。
根据实施例，光电器件还包括在壁和堆叠之间、与壁和堆叠接触的种子部，种子部由有利于堆叠的至少一个半导体层生长的材料制成。
根据实施例，种子部可以至少部分地由氮化铝、氮化铝镓、氮化铝铟镓、氮化铝铟或氮化硅制成。
根据实施例，光电器件还包括在壁的顶部上的电绝缘部。
根据实施例，光电器件还包括在堆叠中延伸的沟槽，每个沟槽被电绝缘涂层覆盖。
根据实施例，光电器件还包括在堆叠中延伸的电绝缘区。
根据实施例，堆叠包括被粗糙化或包括周期性图案的面。
根据实施例，导电垫由对发光二极管发射的辐射至少部分透明的材料制成。
根据实施例，光电器件还包括从第三面穿过堆叠到第四面的电连接(electricalconnection)，所述电连接与堆叠的半导体层绝缘并与壁接触。
根据实施例，每个壁包括覆盖有电绝缘层的半导体材料的芯。
附图说明
在下面结合附图对特定实施例的非限制性描述中将详细讨论前述和其他特征和优点，其中：
图1和图2分别是光电器件的实施例的简化剖视图和俯视图；
图3至图6是光电器件的其他实施例的局部简化剖视图；
图7A至7E是在图2所示的光电器件的制造方法的实施例的连续步骤中获得的结构的局部简化剖视图；
图8A至8D是在图3所示的光电器件的制造方法的实施例的连续步骤中获得的结构的局部简化剖视图；
图9是光电器件的另一个实施例的局部简化剖视图；以及
图10A至图10G是在图9中所示的光电器件的制造方法的实施例的连续步骤中获得的结构的局部简化剖视图。
具体实施方式
为清楚起见，在各个附图中用相同的附图标记表示相同的元件，并且，通常在电子电路的表示中，各种附图未按比例绘制。此外，仅示出并将描述对理解本说明书有用的那些元件。特别地，用于偏置光电器件的发光二极管的装置是公知的，并且将不再描述。
在下面的描述中，除非另有说明，否则术语“基本上”、“接近于”和“大约”表示“在10％以内”。此外，发光二极管的“有源区”表示发光二极管中的从其中由发光二极管提供的大部分电磁辐射被发射的区域。此外，当第一元件通过外延关系被所谓“链接”到第二元件时，这意味着第一元件由第一层制成，并且第二元件由第二层制成，而第二层在第一层上外延生长或反向生长。
此外，应当从广义上理解诸如在本公开的上下文中使用的术语“颗粒”，并且其不仅对应于或多或少具有球形形状的致密颗粒，而且对应于角形颗粒、扁平颗粒、片状颗粒、纤维状颗粒或纤维颗粒等等。应当理解，本公开的上下文中的颗粒的“大小”是指颗粒的最小横向尺寸。材料的颗粒是指单独考虑的颗粒，即已知该材料可以以颗粒簇的形式出现的情况下，材料的单位元素。根据本公开的内容，颗粒的“平均大小”词组是指颗粒大小的算术平均值，即颗粒大小的总和除以颗粒的数量。可以通过使用例如Malvern Mastersizer2000的激光粒度测量法来测量颗粒的粒度测定。
图1和2示出了例如对应于显示屏或图像投影设备的光电器件10的实施例。
器件10包括两个集成电路12、14。第一集成电路12包括发光二极管16，并且在下面的描述中称为光电电路或光电芯片。第二集成电路14包括未示出的电子元件，尤其是晶体管，用于控制第一集成电路12的发光二极管16。在下面的描述中，第二集成电路14被称为控制电路或控制芯片。光电电路12被接合(bond)到控制电路14。根据接合类型，可以在光电芯片12和控制芯片14之间存在边界垫18。
根据一个实施例，发光二极管16由具有两个相对面20、21的半导体层堆叠19形成。堆叠19在图1中从下到上包括：
例如P型掺杂的第一导电类型的掺杂半导体层22，以及限定面20；
有源区23；和
例如N型掺杂的与第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂半导体层24，以及限定面21。
光电电路12还包括在层24上的壁30。壁30搁置在被插入到壁30与层24之间的种子部32上。种子部32与层24的面21接触并与壁30接触。壁30限定暴露了面21的部分的开口34。根据实施例，壁30形成网格，并且开口34以行和列布置。作为示例，图2中示出了九个子像素Pix。在本实施例中，开口34在图2中具有正方形形状。然而，开口34的形状可以是不同的。
接触垫36位于每个开口34中，与面21接触。接触垫36由导电材料制成。在本实施例中，接触垫36可以对发光二极管16发出的光不透明。优选地，接触垫36仅部分地覆盖开口34中的面21的暴露部分。在本实施例中，对于每个子像素Pix，接触垫36存在于开口34的四个角处，并且一些接触垫36沿着壁30延伸。此外，相邻子像素Pix的接触垫36可以通过链接部37彼此连接，链接部37在壁30上延伸分离两个子像素。作为变型，对于每个子像素Pix，接触垫36可以配置为网格覆盖面21。
光致发光块38位于至少一些开口34中，与面21接触。图2中未示出光致发光块38。在一些开口34中可能没有光致发光块。每个光致发光块38包括磷光体(phosphors)，当该磷光体被子像素Pix的发光二极管16发射的光激发时，其能够以不同于发光二极管16发射的光的波长的波长来发射光。
光电电路12在层22侧被接合到控制电路14。根据实施例，为每个子像素Pix提供一个边界垫18。
在操作中，在接触垫36与边界垫18之间施加电压，使得对于每个子像素Pix，面向子像素Pix的开口34的有源区23的部分发射光，该光的强度取决于在接触垫36与和子像素Pix相关的边界垫18之间施加的电压。壁30减小了相邻子像素Pix之间的串扰。
根据实施例，开口34中的面21的暴露部分可以被粗糙化和/或图案化以改善光提取。
半导体层22、24至少部分地由至少一种半导体材料制成。半导体材料可以是硅、锗、碳化硅、III-V化合物、II-VI化合物，或这些化合物中的至少两种的组合。半导体层22的厚度在10nm至1μm的范围内。半导体层24的厚度在10nm至10μm的范围内。当层24的厚度减小时，子像素之间的串扰大幅减小。
半导体层22、24可以至少部分地由主要包括例如III-N化合物的III-V化合物的半导体材料制成。III族元素的示例包括镓(Ga)、铟(In)或铝(Al)。III-N化合物的示例是GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。也可以使用其他V族元素，例如磷或砷。通常，III-V化合物中的元素可以以不同的摩尔分数组合。
半导体层22、24可以至少部分地由主要包含II-VI化合物的半导体材料制成。II族元素的示例包括IIA族元素，特别是铍(Be)和镁(Mg)，以及IIB族元素，特别是锌(Zn)、镉(Cd)和汞(Hg)。VI族元素的示例包括VIA族元素，特别是氧(O)和碲(Te)。II-VI化合物的示例是ZnO、ZnMgO、CdZnO、CdZnMgO、CdHgTe、CdTe或HgTe。通常，II-VI化合物中的元素可以以不同的摩尔分数组合。优选地，层24通过外延关系链接到种子部32。
有源区23是发光二极管LED提供的辐射的大部分由其发射的层。根据示例，有源区23可以包括限制装置。有源区23可以包括单个量子阱。然后它可以包括与形成半导体层22和24的半导体材料不同的半导体材料，并且具有小于半导体层22和24的带隙的带隙。有源区23可以包括多个量子阱。然后，它包括半导体层堆叠，该堆叠形成量子阱和阻挡层的交替。它例如由GaN和InGaN层的交替形成，所述GaN和InGaN层的厚度分别为3nm至20nm(例如，6nm)以及1nm至30nm(例如，2.5nm)。GaN层可以例如是N型或P型掺杂。根据另一个示例，有源层可以包括单个InGaN层，例如具有大于10nm的厚度。优选地，有源区23的层通过外延关系链接到层24。
壁30至少部分地由至少一种半导体材料制成。半导体材料可以是硅、锗、碳化硅、III-V化合物、II-VI化合物，或这些化合物中的至少两种的组合。优选地，壁30由与在微电子学中实施的制造方法兼容的半导体材料制成。壁30可以是重掺杂、轻掺杂或非掺杂的。优选地，壁30由单晶硅制成。
在正交于面21的方向上测量，壁30的高度在500nm至200μm的范围内，优选地在5μm至30μm的范围内。在平行于面21的方向上测量，壁30的厚度在100nm至50μm的范围内，优选地在0.5μm至10μm的范围内。在图2的视图中，开口34的区域对应于具有1μm至100μm、优选3μm至15μm的边的正方形的区域。
根据实施例，壁30可以由反射材料制成或者由反射涂层覆盖，用于由光致发光块38和/或发光二极管16发射的辐射的波长。
种子部32由有利于半导体层24生长的材料制成。种子部32还可以用作过渡层，以在生长半导体层24时促进较少的缺陷或破裂。作为示例，形成种子部32的材料可以是III族氮化物材料。作为示例，种子部32可以由氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、氮化铝铟(AlInN)或氮化硅(SiN)制成。种子部32可以掺杂有与壁30相同的导电类型。在与面21正交的方向上测量，种子部32的厚度在1nm至10μm的范围内，优选地在50nm至3μm之间。优选地，种子部32通过外延关系链接到壁30。
接触垫36由例如诸如铝、钛、镍、金、银、铜或锌的金属的导电材料制成。在与面21正交的方向上测量，接触垫36的高度在5nm至10μm的范围内。在平行于面21的方向上测量，接触垫36的厚度在1nm至100μm的范围内。接触垫36与半导体层24接触。接触垫36也可以与壁30接触。
每个光致发光块38包括至少一种光致发光材料的颗粒。光致发光材料的示例是由三价铈离子激活的钇铝石榴石(YAG)，也称为YAG：Ce或YAG：Ce3+。常规光致发光材料的颗粒的平均大小通常大于5μm。
在实施例中，每个光致发光块38包括具有分散在其中的半导体材料的纳米范围单晶颗粒的基质，此后也称为半导体纳米晶体。光致发光材料的内部量子效率QYint等于发射的光子的数量与光致发光物质吸收的光子数量的比率。半导体纳米晶体的内部量子效率QYint大于5％，优选大于10％，更优选大于20％。
根据实施例，纳米晶体的平均大小在0.5nm至1000nm，优选0.5nm至500nm，更优选1nm至100nm，特别是2nm至30nm的范围内。对于小于50nm的尺寸，半导体纳米晶体的光转换特性基本上取决于量子限制现象。随后半导体纳米晶体对应于量子盒。
根据实施例，半导体晶体的半导体材料选自包括硒化镉(CdSe)、磷化铟(InP)、硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、碲化镉(CdTe)、碲化锌(ZnTe)、氧化镉(CdO)、氧化锌镉(ZnCdO)、硫化镉锌(CdZnS)、硒化锌镉(CdZnSe)、硫化银铟(AgInS2)，以及这些化合物中至少两种的混合物的组。根据实施例，半导体纳米晶体的半导体材料选自Le Blevenec等人的出版物Physica Status Solidi(RRL)-Rapid Research Letters Volume 8，No.4，第349-352页，2014年4月中提及的材料。
根据实施例，半导体纳米晶体的尺寸根据半导体纳米晶体发射的辐射的期望波长来选择。例如，平均大小约为3.6nm的CdSe纳米晶体能够将蓝光转换成红光，而平均大小约为1.3nm的CdSe纳米晶体能够将蓝光转换成绿光。根据另一实施例，半导体纳米晶体的组成根据半导体纳米晶体发射的辐射的期望波长来选择。
基质通常由与例如磷光体、亚微米磷光体和纳米晶体材料的光致发光材料混合的密封剂组成以形成光致发光块38。基质由至少部分透明的材料制成。基质例如由二氧化硅制成。基质是，例如，由任何至少部分透明的塑料材料制成，特别是由至少部分透明的聚合物制成，特别是由硅树脂或聚乳酸(PLA)或聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)制成。基质可以由三维打印机使用例如PLA的至少部分透明的聚合物制成。根据实施例，基质含有2％至90％、优选10％至60％质量的纳米晶体，例如约20％质量的纳米晶体。
在正交于面21的方向上测量，光致发光块38的高度在100nm至1mm的范围内。光致发光块38的高度优选地低于壁30与种子部32的高度之和。
图3是包括发光二极管的光电器件40的实施例的局部简化剖视图。光电器件40包括与图1中所示的光电器件10相同的元件，并且还包括覆盖壁30顶部的绝缘部42。绝缘部42可以对应于来自用于形成壁30的衬底的剩余部分，如下文所公开的。
绝缘部42可以由介电材料制成，例如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy，其中x约等于3，并且y约等于4，例如Si3N4)、氮氧化硅(特别是通式SiOxNy，例如Si2ON2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)或金刚石。在与面21正交的方向上测量，绝缘部42的厚度在10nm至10μm的范围内。
图4是包括发光二极管的光电器件50的实施例的局部简化剖视图。光电器件50包括与图1中所示的光电器件10相同的元件，并且还包括从面20延伸穿过堆叠19的沟槽52。沟槽52至少延伸穿过层22和有源区23的整个厚度。沟槽52可以没有延伸穿过层24或部分地或完全地延伸穿过层24。沟槽52也可以在种子部32的厚度的所有部分上延伸穿过种子部32。沟槽52也可以在壁30的高度的整个部分上延伸穿过壁30。
沟槽52为每个发光二极管16限定包括层22的部分54和有源区23的部分56的块。每个沟槽52覆盖有电绝缘层或涂层58。沟槽52可以填充有填充材料60。填充材料60可以是不透明的、反射的或透明的层，或者是所述材料特性的组合。沟槽52优选地与壁30成直线。沟槽52进一步减少相邻子像素Pix之间的串扰。
在平行于面21的方向上测量，沟槽52的厚度在10nm至10μm的范围内。沟槽52的厚度基本上可以等于壁30的厚度。绝缘层58的厚度在1nm到10μm的范围内。绝缘层58可以由与先前描述的绝缘部42相同的材料制成。材料60可选自由环氧树脂、树脂、硅树脂、金属层、电介质或空气组成的组。
在另一个实施例中，光电电路12可以包括完全穿过堆叠19并与堆叠19层绝缘的电连接(通孔)。电连接的一端可以与壁30接触，而另一端与一些垫18接触，在这种情况下这些垫18与层22绝缘。优选地，接触垫36与壁30接触，并且电压可以由控制电路14通过所述电连接施加到接触垫36。当存在先前公开的沟槽52时，可以通过使用导电的填充材料60来进行电连接。
图5是包括发光二极管的光电器件70的实施例的局部简化剖视图。光电器件70包括与图4中所示的光电器件50相同的元件，不同之处在于每个接触垫36由导电层72代替，导电层72对发光二极管16发射的电磁辐射至少部分透明。对于每个子像素，导电层72可以覆盖由壁30限定的面21的暴露部分的整体。导电层72可以由透明且导电材料制成，例如石墨烯或透明导电氧化物(TCO)、例如氧化铟锡(ITO)、掺杂有Al或Ga或两者的氧化锌(ZnO)。例如，导电层72的厚度为5nm至500nm，优选为20nm至50nm的范围。
图6是包括发光二极管的光电器件80的实施例的局部简化剖视图。光电器件80包括与图3中所示的光电器件40相同的元件，并且还包括电气上基本电绝缘的区域82，其延伸穿过堆叠19，从面20形成发光二极管。绝缘区82至少延伸穿过层22和有源区23的总厚度。绝缘区82可以不延伸穿过层24或者部分地或完全地穿过层24。在图6中，绝缘区82被示出为完全延伸穿过层24。对于每个发光二极管16，绝缘区82限定了包括层22的部分84、有源区23的部分86，以及层24的部分88(如果适用的话)的块。绝缘区82可以通过堆叠19中的离子注入形成，并且通常通过离子注入非电活性物质(例如N或Ar)而被创建以产生晶格损伤。设计剂量以产生足够的损伤以产生高电阻率。绝缘区82优选地与壁30成直线，但也可以比壁30更宽或更窄。绝缘区82进一步减少相邻子像素Pix之间的串扰。
在平行于面21的方向上测量，绝缘区82的厚度在10nm至100μm的范围内。
图7A至7E是在图1中所示的光电器件10的制造方法的实施例的连续步骤中获得的结构的局部简化剖视图。
图7A示出了在以下步骤之后获得的结构：
提供具有两个相对面91、92的单片式衬底90；
在衬底90的面92上形成种子层94；
在种子层94上形成层24；
在层24上形成有源区23；和
在有源区23上形成层22。
衬底90由与壁30相同的材料制成。衬底90也可以是SOI衬底。种子层94由与种子部32相同的材料制成。种子层94可以通过诸如化学气相沉积(CVD)或也称为金属-有机气相外延(MOVPE)的金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法获得。然而，可以使用诸如分子束外延(MBE)、气源MBE(GSMBE)、金属有机MBE(MOMBE)、等离子体辅助MBE(PAMBE)、原子层外延(ALE)、氢化物气相外延(HVPE)，以及原子层沉积(ALD)或物理气相沉积(PVD)的方法来获得种子层94。此外，可以使用诸如蒸发或反应性阴极溅射的方法。种子层94由有利于半导体层24生长的材料制成。种子层94还可以用作应力缓和层，以在生长半导体层24时促进较少的缺陷或破裂。
层24、有源区23和层22可以通过CVD、MOCVD、MBE、GSMBE、PAMBE、ALE、HVPE、ALD类型的工艺来生长。
图7B示出了在将控制芯片14接合到层22侧的光电芯片12之后获得的结构。在本实施例中，控制芯片14与光电芯片12的接合可以使用诸如连接微珠或者螺柱凸块18的插入件来执行。可选地，控制芯片14与光电芯片12的接合可以通过直接接合来执行，而不使用插入件。直接接合可以包括光电芯片12的金属区域与控制芯片14的金属区域的直接金属-金属的接合或共晶接合。还可以基于光电芯片12的表面处的介电区域与控制芯片14的表面处的介电区域的介电-介电接合。控制芯片14与光电芯片12的接合可以通过热压方法来执行，其中光电芯片12抵靠控制芯片14放置，同时施压和加热。
图7C示出了在衬底90中从面91和种子层94蚀刻开口34之后获得的结构，其暴露了面21的部分并限定壁30和种子部32。开口34的尺寸对应于光致发光块38的期望尺寸。该蚀刻停止于层24之上或部分地穿过层24。层21的表面形态可以是光滑的，但也可以是粗糙的或包含周期性特征以改善光提取效率。所实施的蚀刻可以是干法蚀刻，例如经由基于氯化物或氟化物的等离子体或电感耦合等离子体蚀刻(ICP)、反应离子蚀刻(RIE)、湿蚀刻、化学机械抛光或所述方法的组合。在另一个实施例中，在形成开口34之前，可以首先例如经由化学机械工艺(CMP)将衬底90减薄直到壁高度。然后使用干法或湿法蚀刻工艺蚀刻开口34。
图7D示出了在形成接触垫36之后获得的结构。这可以通过在开口34内部和壁30上的面21上共形地沉积导电层来获得，导电层由接触垫36的材料制成，并且通过蚀刻导电层以限定接触垫36。所实施的蚀刻可以是干法蚀刻，例如经由基于氯化物或氟化物的等离子体基或反应离子蚀刻(RIE)。接触垫36也可以经由剥离工艺形成。
图7E示出了在至少一些开口34内形成光致发光块38之后获得的结构。可以通过用结合基质中的半导体纳米晶体的胶体分散体填充某些开口34来形成光致发光块38，例如，通过所谓的添加工艺，可以通过用树脂阻挡某些开口34。所谓的添加工艺可包括在期望位置直接印刷胶体分散体，例如通过喷墨印刷、照相凹版印刷、丝网印刷、苯胺印刷、喷涂、气溶胶涂层或滴铸。
图8A至8D是在图3中所示的光电器件40的制造方法的实施例的连续步骤中获得的结构的局部简化剖视图。
图8A示出了在以下步骤之后获得的结构：
在SOI衬底100的表面102上形成种子层94；
在种子层94上形成层24；
在层24上形成有源区23；以及
在有源区23上形成层22。
衬底100可以对应于多层结构，该多层结构包括覆盖半导体基底108的绝缘层106和覆盖绝缘层106的半导体层110。半导体层110可以由与前面针对壁30所描述的相同的材料制成。绝缘层106可以由与先前针对绝缘部42描述的相同的材料制成。
图8B示出了在将控制芯片14接合到层22侧的光电芯片12之后获得的结构。这可以如先前关于图7B所述的那样完成。
图8C示出了在蚀刻半导体基底108之后获得的结构。该蚀刻停止于绝缘层106上。所实施的蚀刻可以是干法蚀刻，例如经由例如电感耦合等离子体(ICP)的基于等离子体的工艺或使用Cl2或SF6化学的反应离子蚀刻(RIE)或湿法化学蚀刻。在干/湿法蚀刻工艺之前也可使用经由化学机械抛光(CMP)的晶片减薄以使衬底变薄。
图8D示出了在绝缘层106、半导体层110和种子层94中蚀刻开口34以便为每个像素形成暴露了面21的部分并限定绝缘部分42、壁30和种子部32之后获得的结构。所实施的蚀刻可以是例如经由基于Cl2的等离子体或反应离子蚀刻(RIE)的干法蚀刻，或湿法蚀刻。
该方法的后续步骤可以是先前已经结合图7D和图7E描述的那些步骤。
图4中所示的光电器件50的制造方法的实施例可以包括先前关于图7A至图7E描述的步骤，并且在将控制芯片14接合到光电芯片12的步骤之前，还包括：至少在层22和有源区23中并且可能在层24中、在种子部分32和壁30中蚀刻沟槽52，在沟槽52内形成绝缘层58并用填充材料60填充沟槽52的步骤。
图6中所示的光电器件80的制造方法的实施例可以包括先前关于图7A至图7E描述的步骤，并且在将控制芯片14接合到光电芯片12的步骤之前，还包括将离子注入到堆叠19内部以形成绝缘区82的步骤。
图9是包括发光二极管的光电器件120的另一个实施例的类似于图1的局部简化剖视图。光电器件120包括与图1中所示的光电器件10相同的元件，不同之处在于壁30由位于种子部32上的壁122代替，每个壁122包括覆盖有电绝缘层126的填充材料的芯124。作为变型，对于每个壁122，可以不存在绝缘层126。
壁122的尺寸可以与壁30的尺寸相同。芯124可以由例如硅的特别是多晶硅的半导体材料制成，或者由例如SiO2的电绝缘材料制成。绝缘层126可以由介电材料制成，例如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy，其中x约等于3、并且y约等于4，例如，Si3N4)，或者氮氧化硅(特别是通式为SiOxNy，例如Si2ON2)或氧化铪(HfO2)。绝缘层126例如由热氧化硅制成。绝缘层126的厚度可以在50nm至1000nm的范围内。
图10A至10G是在图9中所示的光电器件120的制造方法的实施例的连续步骤中获得的结构的局部简化剖视图。
图10A示出了在壁122的期望位置处在衬底90中从面92形成开口128之后获得的结构。可以通过蚀刻衬底90，例如通过干法蚀刻，来获得开口128。
图10B示出了在每个开口128中形成绝缘层126和绝缘芯124之后获得的结构。根据一个实施例，构成绝缘层126的材料层可以沉积在开口128中以及衬底90的其余面92上，而构成芯124的材料层可以沉积在整个结构上，特别是用于填充开口128。例如通过蚀刻去除开口128外部的构成绝缘层126的材料层和构成芯124的材料层。因此获得壁122。优点是可以以减小的宽度获得具有高纵横比(壁的高度与宽度的比率)的壁122。与衬底90接触的壁122的外层是允许实施衬底90相对于壁122的选择性蚀刻的材料，该选择性蚀刻在该工艺的稍后阶段实施。因此，当衬底90由硅制成时，壁122的绝缘层126可以由SiO2制成。当衬底90由GaN或GaAs制成时，层126可以不存在，并且壁122可以完全由硅制成。
图10C示出了在与先前关于图7A描述的步骤相同的步骤之后获得的结构。
图10D示出了在与先前关于图7B描述的步骤相同的步骤之后获得的结构。
图10E示出了在衬底90取消以暴露壁122之后获得的结构。衬底90的取消可以在至少两个步骤中进行，例如第一步骤，例如通过机械抛光从面91减薄衬底90，该步骤在到达绝缘层126之前停止，以及第二蚀刻步骤，例如化学蚀刻，以去除衬底90的其余部分。优点是绝缘层126可以在衬底90的蚀刻期间用作停止层。
图10F示出了在与先前关于图7D描述的步骤相同的步骤之后获得的结构。
图10G示出了在与先前关于图7E描述的步骤相同的步骤之后获得的结构。
已经描述了特定实施例。本领域技术人员将想到各种改变和修改。特别地，尽管在先前描述的实施例中，光电芯片12直接接合到控制芯片14，但是光电芯片12和控制芯片14可以各自接合到印刷电路。此外，尽管在先前描述的实施例中，壁30具有与面21基本正交的侧面，壁30的侧面可以成型为例如相对于面21倾斜。
此外，已经描述了具有各种改变的若干实施例。可以组合这些实施例和变更的一些元件。作为示例，在先前关于图5描述的光电电路70中，可能不存在沟槽52，因为该沟槽52用于前面结合图1和3描述的实施例10和40的情况中。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种制造光电器件(10；40；50；70；80)的方法，包括以下连续步骤：
a)提供至少部分由半导体材料制成并具有相对的第一面和第二面(91，92)的衬底(90；100)；
b)在第一面(92)上形成半导体层(22，23，24)的堆叠(19)，所述堆叠(19)包括相的对第三面和第四面(20，21)，第四面(21)在衬底侧上，所述堆叠包括发光二极管(16)；
c)将堆叠(19)在第三面(20)侧接合到电子电路(14)；
d)从第二面(91)侧在所述衬底中形成穿过开口(34)，所述开口与至少一部分发光二极管相对并限定衬底中的壁(30；122)；
e)在与堆叠接触的开口中的至少一些开口中的第四面上形成导电垫(36；72)；和
f)在开口中的至少一些开口中形成光致发光块(38)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b)包括形成与所述衬底(100)接触的种子层(94)，所述种子层由有利于所述堆叠(19)的半导体层中的至少一个半导体层生长的材料制成。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述种子层(94)能够至少部分地由氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、氮化铝铟(AlInN)或氮化硅(SiN)制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述衬底(100)包括由电绝缘层(106)覆盖的支撑件(108)，所述电绝缘层由半导体基底(110)覆盖，并且其中，在步骤b)中，所述堆叠(19)形成在所述半导体基底上，与所述半导体基底接触。
5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤d)包括完全蚀刻所述支撑件(108)并蚀刻所述开口(34)穿过所述绝缘层(106)和所述半导体基底(110)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括：在步骤c)之前，蚀刻所述堆叠(19)中的沟槽(52)以及用电绝缘涂层(58)覆盖每个沟槽的步骤，所述沟槽在所述堆叠中从所述第三面(20)延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括，在步骤c)之前，将离子注入到所述堆叠(19)中以形成在所述堆叠中从所述第三面(20)延伸的电绝缘区(34)的步骤。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中在步骤a)中所制备的衬底(90)是包括半导体材料和由不同于半导体材料的填充材料形成的芯(124)的衬底，其中所述芯(124)通过蚀刻所述第一面中的开口(128)以便对应于壁的期望位置并随后在所述开口(128)中沉积填充材料而被形成；并且其中，在步骤d)中，通过完全去除半导体材料来实现在所述衬底(90)中形成通过开口(34)，使得剩余的芯(124)围绕所述通过开口(34)限定壁(122)。
9.一种光电器件(10；40；50；70；80)，包括：
堆叠(19)，包括发光二极管(16)；
壁(30；122)，至少部分地由搁置在所述堆叠上的半导体或电绝缘材料制成，所述壁限定开口(34)，所述开口与所述发光二极管的至少一部分相对；
导电垫(36；72)，在与所述堆叠接触的所述开口中的至少一些开口中；和
光致发光块(38)，在所述开口中的至少一些开口中。
10.根据权利要求9所述的光电器件，还包括：种子部(32)，在所述壁(30)与所述堆叠(19)之间，与所述壁和所述堆叠接触，所述种子部由有利于所述堆叠(19)的所述半导体层中的至少一个半导体层的生长的材料制成。
11.根据权利要求10所述的光电器件，其中所述种子部(32)能够至少部分地由氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、氮化铝铟(AlInN)或氮化硅(SiN)制成。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的光电器件，还包括：在所述壁(30)的顶部上的电绝缘部(42)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的光电器件，还包括：在所述堆叠(19)中延伸的沟槽(52)，每个沟槽被电绝缘涂层(58)覆盖。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的光电器件，还包括：在所述堆叠中延伸的电绝缘区(34)。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的光电器件，其中，所述堆叠(19)包括被粗糙化或包括周期性图案的面(21)。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的光电器件，其中导电垫(72)由对所述发光二极管(16)发射的辐射至少部分透明的材料制成。
17.根据权利要求9至16中任一项所述的光电器件，还包括从所述第三面(20)穿过所述堆叠(19)到所述第四面(21)的电连接，所述电连接与所述堆叠的半导体层绝缘并与所述壁(30)接触。
18.根据权利要求9至17中任一项所述的光电器件，其中每个壁(122)包括覆盖有电绝缘层(126)的半导体材料的芯(124)。

Claims (18)

1.一种制造光电器件(10；40；50；70；80)的方法，包括以下连续步骤：
a)提供至少部分由半导体材料制成并具有相对的第一面和第二面(91，92)的衬底(90；100)；
b)在第一面(92)上形成半导体层(22，23，24)的堆叠(19)，所述堆叠(19)包括相的对第三面和第四面(20，21)，第四面(21)在衬底侧上，所述堆叠包括发光二极管(16)；
c)将堆叠(19)在第三面(20)侧接合到电子电路(14)；
d)从第二面(91)侧在所述衬底中形成穿过开口(34)，所述开口与至少一部分发光二极管相对并限定衬底中的壁(30；122)；
e)在与堆叠接触的开口中的至少一些开口中的第四面上形成导电垫(36；72)；和
f)在开口中的至少一些开口中形成光致发光块(38)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b)包括形成与所述衬底(100)接触的种子层(94)，所述种子层由有利于所述堆叠(19)的半导体层中的至少一个半导体层生长的材料制成。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述种子层(94)能够至少部分地由氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、氮化铝铟(AlInN)或氮化硅(SiN)制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述衬底(100)包括由电绝缘层(106)覆盖的支撑件(108)，所述电绝缘层由半导体基底(110)覆盖，并且其中，在步骤b)中，所述堆叠(19)形成在所述半导体基底上，与所述半导体基底接触。
5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤d)包括完全蚀刻所述支撑件(108)并蚀刻所述开口(34)穿过所述绝缘层(106)和所述半导体基底(110)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括：在步骤c)之前，蚀刻所述堆叠(19)中的沟槽(52)以及用电绝缘涂层(58)覆盖每个沟槽的步骤，所述沟槽在所述堆叠中从所述第三面(20)延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括，在步骤c)之前，将离子注入到所述堆叠(19)中以形成在所述堆叠中从所述第三面(20)延伸的电绝缘区(34)的步骤。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，包括：在步骤b)之前，在所述衬底(90)中从所述第一面(92)形成开口(128)并在所述开口中形成所述壁(122)，所述壁至少部分由不同于所述衬底的材料制成，所述方法还包括，在步骤d)中，移除所述衬底以暴露所述壁。
9.一种光电器件(10；40；50；70；80)，包括：
堆叠(19)，包括发光二极管(16)；
壁(30；122)，至少部分地由搁置在所述堆叠上的半导体或电绝缘材料制成，所述壁限定开口(34)，所述开口与所述发光二极管的至少一部分相对；
导电垫(36；72)，在与所述堆叠接触的所述开口中的至少一些开口中；和
光致发光块(38)，在所述开口中的至少一些开口中。
10.根据权利要求9所述的光电器件，还包括：种子部(32)，在所述壁(30)与所述堆叠(19)之间，与所述壁和所述堆叠接触，所述种子部由有利于所述堆叠(19)的所述半导体层中的至少一个半导体层的生长的材料制成。
11.根据权利要求10所述的光电器件，其中所述种子部(32)能够至少部分地由氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、氮化铝铟(AlInN)或氮化硅(SiN)制成。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的光电器件，还包括：在所述壁(30)的顶部上的电绝缘部(42)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的光电器件，还包括：在所述堆叠(19)中延伸的沟槽(52)，每个沟槽被电绝缘涂层(58)覆盖。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的光电器件，还包括：在所述堆叠中延伸的电绝缘区(34)。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的光电器件，其中，所述堆叠(19)包括被粗糙化或包括周期性图案的面(21)。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的光电器件，其中导电垫(72)由对所述发光二极管(16)发射的辐射至少部分透明的材料制成。
17.根据权利要求9至16中任一项所述的光电器件，还包括从所述第三面(20)穿过所述堆叠(19)到所述第四面(21)的电连接，所述电连接与所述堆叠的半导体层绝缘并与所述壁(30)接触。
18.根据权利要求9至17中任一项所述的光电器件，其中每个壁(122)包括覆盖有电绝缘层(126)的半导体材料的芯(124)。
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