CN110301047B - 具有发光二极管的光电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光电设备(5)，包括：发光二极管(LED)，每个发光二极管包括对应于纳米线、微米线、和/或纳米或微米范围的棱锥结构的半导体元件(22)，以及至少部分地覆盖所述半导体元件并且适于发射辐射的壳体(24)；以及针对每个发光二极管的光致发光涂层(28R，28G，28B)，其包括单量子阱、多量子阱或异质结构，覆盖所述壳体的至少一部分并与所述壳体或所述半导体元件接触，并且适于通过光学泵浦将所述壳体发射的辐射转换成另一辐射。

Description

具有发光二极管的光电设备
本专利申请要求法国专利申请FR16/63507的优先权，所述申请将被视为本说明书的组成部分。
背景技术
本发明涉及一种光电设备，特别是显示屏或图像投影设备，其包括由三维元件，特别是半导体微米线或纳米线形成的发光二极管。
相关技术的讨论
图像的像素对应于由光电设备显示的图像的单位元件。当光电设备是彩色图像显示器光电设备时，它通常包括用于显示图像的每个像素的至少三个组件，也称为显示子像素，其各自发射基本上为单色(例如，红色、绿色和蓝色)的光辐射。由三个显示子像素发射的辐射的叠加为观察者提供对应于所显示图像的像素的色感。在这种情况下，由用于显示图像的像素的三个子显示像素形成的组件被称为光电设备的显示像素。
包括发光二极管的光电设备是能够将电信号转换成电磁辐射的设备，并且特别是专用于发射电磁辐射，特别是专用于发射光的设备。能够形成发光二极管的三维元件的示例是包括基于化合物的半导体材料的微米线或纳米线，所述化合物主要包括至少一种III族元素和一种V族元素(例如，氮化镓GaN)，下文中称为III-V族化合物，或者主要包括至少一种II族元素和一种VI族元素(例如，氧化锌ZnO)，下文中称为II-VI化合物。
然而，包括发射红光的三维元件的已知发光二极管显示出差的内部量子效率。
光电设备可以包括层，该层包括面对发光二极管中的至少一些的光致发光材料块。每个光致发光块适于将由相关联的发光二极管发射的辐射转换成期望的辐射。已知的光致发光块包括微米范围的光致发光粒子或量子点。然而，用于形成微米范围的光致发光粒子的已知材料显示出差的内部量子效率。此外，量子点显示出减少的寿命。
发明内容
实施例的目的旨在克服包括发光二极管的前述光电设备的全部或部分缺点。
实施例的另一个目的是增加光致发光块的内部量子效率。
实施例的另一个目的是增加光致发光块的寿命。
实施例的另一个目的是发光二极管包含三维元件，特别是半导体微米线或纳米线。
实施例的另一个目的是光电设备的所有发光二极管显示出高内部量子效率。
实施例的另一个目的是光电设备的光致发光块显示出高内部量子效率。
实施例的另一个目的是包括发光二极管的光电设备能够以工业规模和低成本被制造。
因此，一个实施例提供了一种光电设备，包括：
发光二极管，每个发光二极管包括对应于纳米线、微米线、和/或纳米或微米范围的棱锥结构的半导体元件，以及至少部分地覆盖半导体元件并适于发射辐射的壳体；以及
针对每个发光二极管的光致发光涂层，其包括单量子阱、多量子阱或异质结构，覆盖壳体的至少一部分并与壳体或半导体元件接触，并且适于通过光学泵浦将壳体发射的辐射转换成另一辐射。
根据一个实施例，发光二极管适于发射第一波长的第一辐射，并且光致发光涂层包括：第一光致发光涂层，其适于通过光学泵浦将第一辐射转换成第二波长的第二辐射；第二光致发光涂层，其适于通过光学泵浦将第一辐射转换成第三波长的第三辐射；以及第三光致发光涂层，其适于通过光学泵浦将第一辐射转换成第四波长的第四辐射。
根据一个实施例，每个半导体元件包括侧面和顶面，并且光致发光涂层和壳体覆盖半导体元件的侧面和顶面。
根据一个实施例，每个半导体元件包括侧面和顶面，壳体覆盖半导体元件的侧面并且不覆盖半导体元件的顶面，并且光致发光涂层覆盖半导体元件的顶面并且不覆盖半导体元件的侧面。
根据一个实施例，对于每个发光二极管，光电设备还包括与壳体接触的导电层。
根据一个实施例，对于每个发光二极管，导电层被反射层覆盖。
根据一个实施例，光电设备还包括搁置在衬底上的壁，其至少部分地由至少针对第二辐射、第三辐射和第四辐射的反射材料制成，并且围绕发光二极管。
根据一个实施例，光电设备还包括覆盖光致发光涂层并适于阻挡第一辐射且不阻挡第二辐射、第三辐射和第四辐射的滤光器。
根据一个实施例，第一波长在360nm至430nm的范围内，第二波长在440nm至490nm的范围内，第三波长在510nm至570nm的范围内，并且第四波长在610nm至720nm的范围内。
根据一个实施例，光致发光涂层还包含第四光致发光涂层，其适于通过光学泵浦第一辐射转换成第五波长的第五辐射。
根据一个实施例，第五波长在570nm至600nm的范围内。
另一实施例提供一种制造先前公开的光电设备的方法，包括以下连续步骤：
a)形成发光二极管；以及
b)形成光致发光涂层。
根据一个实施例，该方法还包括，在步骤b)之前，形成覆盖壳体的导电层，并且在步骤b)之前，撤回半导体元件的顶部处的壳体和导电层，以及在半导体元件的顶部处形成光致发光涂层。
附图说明
将在下面结合附图对特定实施例的非限制性描述中详细讨论前述和其他特征和优点，其中：
图1和图2是包括发光二极管的光电设备的实施例的正交平面中的局部简化截面图；
图3是包括微米线或纳米线的发光二极管的实施例的图1的详细视图；
图4和图5是包括发光二极管的光电设备的另一个实施例的正交平面中的局部简化截面图；
图6和图7是包括发光二极管的光电设备的其他实施例的局部简化截面图；
图8A至图8E是在制造图1所示的光电设备的方法的实施例的连续步骤处获得的结构的局部简化截面图；
图9A至图9D是在制造图6所示的光电设备的方法的实施例的连续步骤处获得的结构的局部简化截面图；并且
图10是电致发光二极管电极层的另一个实施例的类似于图3的视图。
具体实施方式
为清楚起见，在各个附图中相同的元件用相同的附图标记表示，并且进一步，如通常在电子电路的表示中那样，各种附图未按比例。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，用于偏置光电设备的发光二极管的装置是公知的，并且将不再描述。
本说明书涉及包括由三维元件(例如，微米线或纳米线)形成的发光二极管的光电设备。在以下描述中，描述了由微米线或纳米线形成的发光二极管的实施例。然而，这些实施例可以针对除微米线或纳米线之外的三维元件(例如，棱锥形的三维元件)实施。
在以下描述中，除非另有指示，否则术语“基本上”、“约”和“大约”表示“在10％以内”。此外，“主要由材料制成的化合物”或“基于材料的化合物”意味着化合物包括大于或等于95％的比例(该比例优选地大于99％)的所述材料。此外，发光二极管的“有源区”表示发光二极管提供的电磁辐射中的大部分从其发射的发光二极管的区域。此外，当第一元件被称为通过外延关系连接到第二元件时，这意味着第一元件由第一层制成，并且第二元件由通过在第一层上外延来生长的第二层制成，或者相反地。
术语“微米线”或“纳米线”表示沿优选方向的细长形状的三维结构，其具有在10nm至10μm，优选地100nm至2μm的范围内的至少两个尺寸(称为小尺寸(minor dimension))，第三尺寸(称为大尺寸(major dimension))是最大的小尺寸的大于或等于1倍，优选地大于或等于5倍，并且更优选地仍大于或等于10倍。在某些实施例中，小尺寸可以小于或等于约1μm，优选地在100nm至1μm的范围内，更优选地在100nm至800nm的范围内。在某些实施例中，每个微米线或纳米线的高度可以大于或等于500nm，优选地在1μm至50μm的范围内，最优选地在1μm至15μm的范围内。
在以下描述中，术语“线”用于表示“微米线或纳米线”。优选地，穿过垂直于线的优选方向的平面中的截面的重心的线的中线基本上是直线的，并且在下文中称为线的“轴线”。
线的截面可以具有不同的形状，诸如例如椭圆形、圆形或多边形形状，特别是三角形、矩形、正方形或六边形。因此应当理解，关于线或在该线上沉积的层的截面提及的术语“直径”表示与该截面中的目标结构的表面积相关联的量，例如对应于具有与线截面相同的表面积的圆盘的直径。
每个线的截面可以沿着线的轴线基本相同，或者可以沿着线的轴线变化。在一个示例中，线可以具有锥形或截头锥形形状。
在以下描述中，术语棱锥或截棱锥表示其一部分具有棱锥形或细长的锥形形状的三维结构。棱锥结构可以是截头的，也就是说，锥体的尖端不存在并且由平坦区域代替。棱锥的底部内接在具有100nm至10μm，优选地1μm至3μm的侧边尺寸的多边形内。形成棱锥底部的多边形可以是六边形。棱锥底部与顶点或顶部平台之间的棱锥的高度在100nm至20μm之间变化，优选地在1μm至10μm之间变化。
图1和图2示出了包括发光二极管的光电设备5的实施例，其例如对应于显示屏或图像投影设备。
图1示出了自下到上包括以下的结构：
半导体衬底10，包括下表面12和上表面14，上表面14优选地至少在发光二极管的水平上是平坦的；
种子层16，由有利于线生长的导电材料制成并被布置在表面14上；
绝缘层18，覆盖种子层16并包括暴露种子层16的部分的开口20；
线22(图1中示出了三个线)，每个线22通过开口20中的一个与种子层16接触；
对于每个线22，壳体24包括覆盖线22的半导体层堆叠；
对于每个线22，导电层26在壳体24的下部的侧面上延伸并在绝缘层18上延伸；
对于每个线22，光致发光涂层28R、28G、28B包括覆盖壳体24上部的半导体层堆叠；
封装层30，覆盖整个结构；并且
滤光器32，放置在封装层30上。
光电设备5包括电极(未示出)，其在表面12或表面14上与衬底10接触。
由每个线22和相关联的壳体24形成的组件形成发光二极管LED。每个壳体24特别地包括有源层，该有源层是从其发射由发光二极管LED供应的电磁辐射中的大部分的层。该组件可以包括几个发光二极管LED到数千个发光二极管。
在一个实施例中，所有发光二极管LED发射第一波长的电磁辐射。在一个实施例中，光电设备5包括至少三种类型的光致发光涂层28R、28G、28B。对于要显示的图像的每个像素，光电设备5包括具有三种类型的光致发光涂层28R、28G、28B的子像素。第一类型的光致发光涂层28B适于通过光学泵浦将第一波长的辐射转换成第二波长的辐射。第二类型的光致发光涂层28G适于通过光学泵浦将第一波长的辐射转换成第三波长的辐射。第三类型的光致发光涂层28R适于通过光学泵浦将第一波长的辐射转换成第四波长的辐射。在一个实施例中，第一波长、第二波长、第三波长和第四波长是不同的。在一个实施例中，第一波长对应于紫外辐射，并且在360nm至430nm的范围内。在一个实施例中，第二波长对应于蓝光并且在440nm至490nm的范围内。在一个实施例中，第三波长对应于绿光并且在510nm至570nm的范围内。在一个实施例中，第四波长对应于红光并且在610nm至720nm的范围内。
子像素Pix由一个发光二极管LED和相关联的光致发光涂层28R、28G、28B形成。对于要显示的图像的每个像素，光电设备5包括具有三种类型的光致发光涂层的子像素。在一个示例中，被布置为像拜耳滤光器马赛克(Bayer filter mosaic)的九个子像素Pix被示出在图2中。
在一个实施例中，光电设备5包括第四类型的光致发光涂层(未示出)。第四类型的光致发光涂层适于通过光学泵浦将第一波长的辐射转换成第五波长的辐射。在一个实施例中，第五波长对应于黄光并且在570nm至600nm的范围内。在一个实施例中，第一波长、第二波长、第三波长、第四波长和第五波长是不同的。对于要显示的图像的每个像素，光电设备5包括具有四种类型的光致发光涂层的子像素。
衬底10可以对应于整体结构或对应于一个层，其上生长线，覆盖由另一种材料制成的支撑件。衬底10优选地是半导体衬底，例如，由硅、锗、碳化硅、蓝宝石、III-V化合物(诸如GaN或GaAs)制成的衬底或ZnO衬底。优选地，衬底10是单晶硅衬底。优选地，它是与微电子学中实施的制造方法兼容的半导体衬底。衬底10可以对应于绝缘体上硅的多层结构，也称为SOI。当衬底10包括覆盖由另一种材料制成的支撑件的层时，该层可以由III-V化合物(例如III-N化合物)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。由所述层覆盖的支撑件可以由硅、锗、碳化硅、蓝宝石、III-V化合物(例如GaN或GaAs)或ZnO衬底制成。
衬底10可以是重掺杂的、轻掺杂的或非掺杂的。在衬底被重掺杂的情况下，可以掺杂半导体衬底10以将电阻率降低到接近金属的电阻率的电阻率，优选地小于几mohm.cm。衬底10例如是重掺杂衬底10，具有5*1016atoms/cm3到2*1020atoms/cm3范围的掺杂剂浓度。在衬底轻掺杂的情况下，例如，具有小于或等于5×1016atoms/cm3，优选地基本上等于1015atoms/cm3的掺杂剂浓度，可以提供比衬底更加重掺杂的第一导电类型或与第一类型相反的第二导电类型的掺杂区域，其在种子层16下方在衬底10中从表面12延伸。在硅衬底10的情况下，P型掺杂剂的示例是硼(B)或铟(In)，并且N型掺杂剂的示例是磷(P)、砷(As)或锑(Sb)。硅衬底10的表面14可以是(100)表面或(111)表面。
种子层16由有利于线22生长的材料制成。作为示例，形成种子层16的材料可以是元素周期表的第IV、V或VI列的过渡金属的氮化物、碳化物或硼化物，或这些化合物的组合。作为示例，种子层16可以由氮化铝(AlN)、硼(B)、氮化硼(BN)、钛(Ti)或氮化钛(TiN)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)、铪(Hf)、氮化铪(HfN)、铌(Nb)、氮化铌(NbN)、锆(Zr)、硼酸锆(ZrB2)、氮化锆(ZrN)、碳化硅(SiC)、钽氮化物和碳化物(TaCN)、MgxNy形式的氮化镁(其中x约等于3且y约等于2，例如，根据Mg3N2形式的氮化镁)或氮化镓镁(MgGaN)、钨(W)、氮化钨(WN)或其组合。种子层16可以以与衬底10相同的导电类型掺杂。种子层16可以具有单层结构，或者可以对应于两层或多于两层的堆叠。种子层16可以用种子衬垫(seed pad)替换，种子衬垫也称为种子岛(seed island)，每个线22搁置在种子衬垫中的一个上。
绝缘层18可以由介电材料制成，例如由二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy，其中x约等于3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)或金刚石制成。
线22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。
线22可以至少部分地由主要包括III-V化合物(例如III-N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。
线22可以至少部分地由主要包括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族元素的示例包括基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。
线22可以包括掺杂剂。作为示例，对于III-V族化合物，掺杂剂可以选自包括P型II族掺杂剂(例如镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)或汞(Hg))、P型IV族掺杂剂(例如碳(C))或者N型IV族掺杂剂(例如硅(Si)、锗(Ge)、硒(Se)、硫(S)、铽(Tb)或锡(Sn))的组。掺杂剂的浓度在线22中可能不均匀。在示例中，每个线22的下部可以比线22的上部更掺杂得重。
两个相邻线22的轴线可以相距0.5μm至10μm，并且优选地1.5μm至4μm。
导电层26由导电材料(例如诸如铝、银、铜或锌的金属)制成。导电层26可以由在第一波长、第二波长、第三波长、第四波长和可能第五波长下透明的导电材料制成，诸如石墨烯或透明导电氧化物(TCO)，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)或氧化镓锌(GZO)。作为示例，导电层26具有在5nm至5μm，优选地500nm至5μm的范围内的厚度。
封装层30由对第一波长、第二波长、第三波长、第四波长和第五波长的辐射至少部分透明的绝缘材料制成，例如硅树脂或氧化物。封装层30的最大厚度在250nm至50μm的范围内，使得封装层30完全覆盖发光二极管LED的顶部。
滤光器32适于阻挡从发光二极管LED发射的并且未被光致发光涂层28R、28G、28B转换的辐射。滤光器32适于不阻挡光致发光涂层28R、28G、28B发射的辐射。滤光器32可具有多层结构。在一个实施例中，对于发射在360nm至430nm范围内的第一波长的辐射的发光二极管LED，滤光器32可以被制造为具有带通滤光器特性，因此仅允许440nm至720nm波长的辐射通过。
作为变型，可以提供镜面导电层(未示出)，其覆盖线22之间的导电层26和绝缘层18，但不在线22上延伸。镜面导电层可以对应于例如由铝、银、铜或锌制成的金属层。
在操作中，在导电层26和衬底10之间施加电压，使得对于每个子像素Pix，发光二极管LED的有源区发射的光具有取决于施加在与子像素Pix相关联的导电层26和衬底10之间的电压的强度。光致发光涂层28R、28G、28B通过光学泵浦将由相关的发光二极管LED发射的辐射的至少一部分转换成期望的辐射。在一个实施例中，所有发光二极管LED以相同的第一波长发射。适于阻挡从发光二极管LED发射的未被光致发光涂层28R、28G、28B转换的辐射的滤光器32有利地覆盖所有光电设备5。
在图1和图2所示的实施例中，衬底10基本上处于相同的电位，并且不同的电位可以施加到导电层26。可替选地，导电层26彼此连接，并且在衬底10中提供电绝缘沟槽以界定衬底10的部分，衬底10的每个部分被电连接到至少一个线22，优选地仅一个线22。在导电层26彼此连接并且形成衬底10的绝缘部分的情况下，连接的导电层26可以处于相同的电位，并且可以将不同的电位施加到衬底10的部分。
图3是壳体24和光致发光涂层28R、28G或28B的实施例的图1的详细视图。
壳体24可以包括多个层的堆叠，尤其包括：
-覆盖线22上部的有源层34；
-覆盖有源层34的中间层36，其具有与线22相反的导电类；以及
-覆盖中间层36的接合层38，接合层38的下部被导电层26覆盖，并且接合层38的上部被光致发光涂层28R、28G或28B覆盖。
有源层34是使得发光二极管LED供应的辐射中的大部分从其发射的层。根据示例，有源层34可以包括限制装置。有源区34可以包括单个量子阱。然后，它可以包括与形成线22和中间层36的半导体材料不同的半导体材料，并且具有小于中间层36的带隙的带隙。有源区34可以包括多个量子阱。然后，它包括形成量子阱40和阻挡层42的交替的半导体层的堆叠。优选地，有源区34的层通过外延关系连接到线22。
在一个实施例中，发射在360nm至430nm范围内的第一紫外波长的辐射的发光二极管LED可以由GaN层和InGaN层的交替形成，GaN层和InGaN层具有3nm至20nm(例如，6nm)和1nm至30nm(例如，2.5nm)的相应厚度，InGaN层具有0％至15％比例的In。
例如P型掺杂的中间层36，可以对应于半导体层或对应于半导体层的堆叠，并且使得能够形成PN结或PIN结，有源层34位于PN结或PIN结的中间P型层36和N型线22之间。
接合层38可以对应于半导体层或半导体层的堆叠，并且使得能够在中间层36和导电层26之间形成欧姆接触。作为示例，接合层38可以以与线22的下部相反的类型进行非常重的掺杂，以使半导体层劣化，例如，以大于或等于1019atoms/cm3的浓度进行P型掺杂。
形成壳体24的半导体层的堆叠可以包括与有源层34和中间层36接触的由三元合金(例如，氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)或氮化铝铟(AlInN))形成的电子阻挡层，以确保有源层34中的电载流子的良好分布。
光致发光涂层28R、28G和28B由半导体层的堆叠形成。光致发光涂层28R、28G和28B可以包括限制装置。光致发光涂层28R、28G和28B可以包括单量子阱、多量子阱或双异质结构。然后，它可以包括夹在第一导体层和第二半导体层之间的有源半导体层。有源半导体层由与形成第一层和第二层的半导体材料不同的半导体材料制成，并且具有小于第一层和第二层的带隙的带隙。如图3所示，光致发光涂层28R、28G和28B可以包括多个量子阱。然后，它包括形成量子阱44和阻挡层46的交替的半导体层的堆叠。光致发光涂层28R、28G和28B的材料取决于光致发光涂层28R、28G和28B发射的辐射的期望波长和光致发光涂层28R、28G和28B接收的辐射的波长。可以获得具有高于50％的内部量子效率的光致发光涂层。此外，可以获得具有长寿命的光致发光涂层28R、28G和28B。
可以在壳体24与光致发光涂层28R、28G和28B之间提供中间层(未示出)以防止电流泄漏，该中间层例如由与线22相同的材料制成、没有掺杂剂并且具有在1nm至5μm范围内的厚度。
在一个实施例中，对于发射360nm至430nm的第一波长的辐射的发光二极管LED，发射450nm的第二波长的辐射的光致发光涂层28B可以由GaN层和InGaN层的交替形成，GaN层和InGaN层具有3nm至20nm(例如，6nm)和1nm至30nm(例如，2.5nm)的相应厚度，InGaN层具有17％±5％比例的In。
在一个实施例中，对于发射360nm至430nm的第一波长的辐射的发光二极管LED，发射530nm的第三波长的辐射的光致发光涂层28G可以由GaN层和InGaN层的交替形成，GaN层和InGaN层具有3nm至20nm(例如，6nm)和1nm至30nm(例如，2.5nm)的相应厚度，InGaN层具有28％±5％比例的In。
在一个实施例中，对于发射360nm至430nm的第一波长的辐射的发光二极管LED，发射630nm的第三波长的辐射的光致发光结构28R可以由GaN层和InGaN层的交替形成，GaN层和InGaN层具有3nm至20nm(例如，6nm)和1nm至30nm(例如，2.5nm)的相应厚度，InGaN层具有45％±10％比例的In。
在一个实施例中，对于发射360nm至430nm的第一波长的辐射的发光二极管LED，发射580nm的第四波长的辐射的光致发光涂层可以由GaN层和InGaN层的交替形成，GaN层和InGaN层具有3nm至20nm(例如，6nm)和1nm至30nm(例如，2.5nm)的相应厚度，InGaN层具有35％±5％比例的In。
在图1和图2中公开的实施例中，对于每个发光二极管LED，导电层26覆盖壳体24的下部，并且光致发光涂层28R、28G、28B覆盖壳体24的上部。因此，导电层26可以阻挡从发光二极管LED发射的辐射。可替选地，导电层26可以具有鱼网状图案并且在整个壳体24上延伸，光致发光涂层28R、28G、28B在导电层26的孔中在壳体24上延伸并且在导电层26上延伸。这可以经由自组装掩模技术形成，诸如退火薄Ni层以形成自组装掩模或使用TiO2或SiO2纳米球。在另一个实施例中，导电层26由对发光二极管LED发射的辐射透明的材料制成，并且导电层26覆盖整个壳体24，光致发光涂层28R、28G、28B覆盖导电层26。
图4和图5是包括发光二极管的光电设备50的另一个实施例的正交平面中的局部简化截面图。光电设备50包括与图1中所示的光电设备5相同的元件，并且还包括在封装层30中从绝缘层18延伸的壁52。壁52界定封装层30中的部分54。在一个实施例中，每个部分54包含至少一个发光二极管LED，优选地仅包括一个发光二极管LED。根据一个实施例，壁52形成网格，并且部分54被布置为行和列。部分54在图5中具有正方形形状。然而，部分54的形状可以不同。
壁52减少相邻子像素Pix之间的串扰。根据一个实施例，壁52可以由针对光致发光涂层28R、28G、28B发射的辐射的波长的反射材料制成或者被针对光致发光涂层28R、28G、28B发射的辐射的波长的反射涂层覆盖。壁52可以由导电材料(例如诸如铝、银、硅或锌的金属)制成。在正交于表面14的方向上测量的壁52的高度在1μm至200μm，优选地5μm至30μm的范围内。在平行于表面14的方向上测量的壁52的厚度在100nm至50μm，优选地1μm至10μm的范围内。在图5的视图中，每个部分54的面积对应于具有1μm至100μm，优选地3μm至15μm的范围内的边的正方形的面积。
图6是包括发光二极管的光电设备55的另一个实施例的局部简化截面图。光电设备55包括与图1中所示的光电设备5相同的元件，不同之处在于，对于每个发光二极管LED，壳体24不存在于线22的顶面上，因为光致发光涂层28R、28G、28B仅覆盖线22的上表面，并且因为导电层26从壳体24的底部到顶部完全覆盖壳体24的侧面。光致发光涂层28R、28G、28B可以对应于半导体层的堆叠，堆叠的组成例如与特别是在图3中先前公开的相同，不同之处在于光致发光涂层28R、28G、28B仅基本上正交于线22的轴线在线22的上表面上延伸，堆叠方向沿着线22的轴线。
可以在壳体24与光致发光涂层28R、28G、28B之间提供中间层(未示出)以防止电流泄漏，该中间层例如由与线22相同的材料制成、没有故意的掺杂剂并且具有在1nm至5μm范围内的厚度。导电层26的厚度有利地在500nm至5μm的范围内，以充当相对于发光二极管LED发射的辐射的导波。
图7是包括发光二极管的光电设备60的另一个实施例的局部简化截面图。光电设备60包括与图6中所示的光电设备55相同的元件，并且对于每个发光二极管LED还包括覆盖导电层26的涂层62，其反射由光致发光涂层28R、28G、28B发射的辐射的波长。涂层62可以由导电材料(例如诸如铝、银、铜或锌的金属)制成。涂层62的厚度在100nm至50μm，优选地1μm至10μm的范围内。涂层62减少相邻子像素Pix之间的串扰。涂层62的存在允许减小相邻线22之间的距离。
在一个实施例中，对于每个发光二极管LED，可以在导电层26和涂层62之间提供介电层(未示出)，例如氧化硅层。中间介电层增强了光致发光涂层28R、28G、28B发射的辐射的反射并减少了损耗。
将关于图8A至图8E描述制造图1中所示的光电设备5的方法的实施例。
图8A示出了在已经实现以下步骤之后获得的结构：
(1)在衬底10的表面14上形成种子层16。
种子层16可以通过化学气相沉积(CVD)或金属有机化学气相沉积(MOCVD)(也称为金属-有机气相外延(MOVPE))的方法沉积。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)或者原子层沉积(ALD)的方法。此外，可以使用诸如蒸发或反应阴极溅射的方法。
当种子层16由氮化铝制成时，它可以基本上被结构化并具有优选的极性。层16的结构化可以通过在种子层的沉积之后执行的额外处理来获得。其例如是在氨流(NH3)下的退火。
(2)例如通过保形沉积，特别是通过CVD沉积绝缘层18。
(3)在绝缘层18中形成开口20。其可以是各向异性刻蚀，例如，反应离子刻蚀或RIE或电感耦合等离子体或ICP刻蚀。
图8B示出了在以下步骤之后获得的结构：
(4)在每个开口20中生长线22。
生长线22的方法可以是CVD、MOCVD、MBE、GSMBE、PAMBE、ALE、HVPE、ALD类型的方法。此外，可以使用电化学方法，例如，化学浴沉积(CBD)、水热方法、液体进料火焰喷雾热解或电沉积。
作为示例，生长线22的方法可以包括将III族元素的前体和V族元素的前体注入反应器中。
图8C示出了在实现以下步骤之后获得的结构：
(5)对于每个线22，通过外延形成形成壳体24的层。形成壳体24的层的沉积仅发生在开口20外部和绝缘层18外部的线22的部分上。
在专利申请US2015/0280053中公开了用于制造包括由壳体覆盖的线的发光二极管LED的方法的示例。
图8D示出了在实现以下步骤之后获得的结构：
(6)在壳体24的上部形成光致发光涂层28R、28G、28B。
生长光致发光涂层28R、28G、28B的方法可以是CVD、MOCVD、MBE、GSMBE、PAMBE、ALE、HVPE、ALD类型的方法。此外，可以使用电化学方法，例如，化学浴沉积(CBD)、水热方法、液体进料火焰喷雾热解或电沉积。
在一个实施例中，光致发光涂层28R、28G、28B的形成可以包括：在整个结构上沉积掩模层，刻蚀掩模层以暴露壳体24的上部，在层的暴露部分上形成光致发光涂层28R、28G、28B，并且撤回掩模层。
图8E示出了在实现以下步骤之后获得的结构：
(7)例如通过保形沉积和刻蚀覆盖光致发光涂层28R、28G、28B的导电层的部分针对每个发光二极管LED形成导电层26。注意，图8E和图8D的步骤可以互换。因此，也可以首先形成导电层，并且然后形成光致发光涂层。
在另一个实施例中，步骤(7)可以在步骤(6)之前执行。
制造光电设备5的方法的后续步骤如下：
(8)形成封装层30。当封装层30由硅树脂制成时，可以通过旋涂、喷射印刷或丝印方法沉积封装层30。当封装层30是氧化物时，其可以通过CVD沉积。
(9)成形滤光器32。
将关于图9A至图9D描述制造图6中所示的光电设备55的方法的实施例。
图9A示出了在已经实施前述步骤(1)、(2)、(3)、(4)和(5)之后获得的结构。
图9B示出了在实现以下步骤之后获得的结构：
(6')通过在整个壳体24上和围绕壳体24的绝缘层18上进行保形沉积，针对每个发光二极管LED形成导电层26。
图9C示出了在实现以下步骤之后获得的结构：
(7')针对每个发光二极管LED，撤回线22的顶部上的导电层26和壳体24，以暴露线22的上表面。这可以通过ICP刻蚀或通过化学机械平坦化(CMP)来执行。
图9D示出了在实现以下步骤之后获得的结构：
(8')在线22的顶部形成光致发光涂层28R、28G、28B，由此堆叠方向沿着线22的轴线。
生长线涂层28R、28G、28B的方法可以是CVD、MOCVD、MBE、GSMBE、PAMBE、ALE、HVPE、ALD类型的方法。此外，可以使用电化学方法，例如，化学浴沉积(CBD)、水热方法、液体进料火焰喷雾热解或电沉积。
制造光电设备55的方法的后续步骤包括前述步骤(8)和(9)。
图10是发光二极管的导电层26的另一实施例的类似于图3的视图，其中导电层26包括隧道结结构，该隧道结结构包括至少非常重掺杂的第一导电类型(例如P型)的半导体层64以及非常重掺杂的与第一类型相反的第二导电类型(例如N型)的半导体层66的堆叠。层64与壳体24接触并且具有与壳体24的外层相同类型的掺杂剂。层64的掺杂剂浓度可以大于1019atoms/cm3，优选地大于1020atoms/cm3。层64的厚度可以在10nm至100nm的范围内。层66的掺杂剂浓度可以大于1019atoms/cm3，优选地大于1020atoms/cm3。层66的厚度可以大于10nm，例如在10nm至100nm的范围内。因此在层64和66之间获得隧道结。电荷可以通过隧道效应在层64和壳体24之间流动。根据一个实施例，当壳体24的外层对应于先前描述的层38时，层38和层64可以合并。
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，壁52具有与表面14基本正交的侧面，但是壁52的侧面可以被成型为例如相对于表面14倾斜。
此外，已经描述了具有各种改变的多个实施例。可以组合这些实施例的一些元件和改变。作为示例，先前关于图6描述的光电设备55可以包括先前关于图4描述的壁52。

Claims (14)

1.一种光电设备(5；55；60)，包括：
发光二极管(LED)，每个发光二极管包括对应于纳米线、微米线、和/或纳米或微米范围的棱锥结构的半导体元件(22)，以及至少部分地覆盖所述半导体元件并且适于发射辐射的壳体(24)；以及
针对每个发光二极管的光致发光涂层(28R，28G，28B)，其包括单量子阱、多量子阱(44)或异质结构，覆盖所述壳体的至少一部分并与所述壳体或所述半导体元件接触，并且适于通过光学泵浦将所述壳体发射的辐射转换成另一辐射。
2.根据权利要求1所述的光电设备，其中，所述发光二极管(LED)适于发射第一波长的第一辐射，并且其中所述光致发光涂层(28R，28G，28B)包括：第一光致发光涂层(28B)，其适于通过光学泵浦将所述第一辐射转换成第二波长的第二辐射；第二光致发光涂层(28G)，其适于通过光学泵浦将所述第一辐射转换成第三波长的第三辐射；以及第三光致发光涂层(28R)，其适于通过光学泵浦将所述第一辐射转换成第四波长的第四辐射。
3.根据权利要求1或2所述的光电设备，其中，每个半导体元件(22)包括侧面和顶面，并且其中所述光致发光涂层(28R，28G，28B)和所述壳体(24)覆盖所述半导体元件的侧面和顶面。
4.根据权利要求1或2所述的光电设备，其中，每个半导体元件(22)包括侧面和顶面，其中所述壳体(24)覆盖所述半导体元件的侧面并且不覆盖所述半导体元件的顶面，并且其中所述光致发光涂层(28R，28G，28B)覆盖所述半导体元件的顶面并且不覆盖所述半导体元件的侧面。
5.根据权利要求1或2所述的光电设备，对于每个发光二极管(LED)，其包括与所述壳体(24)接触的导电层(26)。
6.根据权利要求5所述的光电设备，其中，对于每个发光二极管(LED)，所述导电层(26)被反射层(62)覆盖。
7.根据权利要求5所述的光电设备，其中，所述导电层(26)包括隧道结结构。
8.根据权利要求2所述的光电设备，还包括壁(52)，其搁置在衬底(10)上，至少部分地由至少针对所述第二辐射、所述第三辐射和所述第四辐射的反射材料制成，并且围绕所述发光二极管(LED)。
9.根据权利要求2所述的光电设备，还包括滤光器(32)，其覆盖所述光致发光涂层(28R，28G，28B)并且适于阻挡所述第一辐射且不阻挡所述第二辐射、所述第三辐射和所述第四辐射。
10.根据权利要求2所述的光电设备，其中，所述第一波长在360nm至430nm的范围内，其中所述第二波长在440nm至490nm的范围内，其中所述第三波长在510nm至570nm的范围内，并且其中所述第四波长在610nm至720nm的范围内。
11.根据权利要求2所述的光电设备，其中，所述光致发光涂层还包括第四光致发光涂层，所述第四光致发光涂层适于通过光学泵浦将所述第一辐射转换成第五波长的第五辐射。
12.根据权利要求11所述的光电设备，其中，所述第五波长在570nm至600nm的范围内。
13.一种制造根据权利要求1至12中任一项所述的光电设备(5；55；60)的方法，包括以下相继步骤：
a)形成发光二极管(LED)；以及
b)形成光致发光涂层(28R，28G，28B)。
14.根据权利要求13所述的方法，包括在步骤b)之前形成覆盖壳体(24)的导电层(26)，并且在步骤b)之前撤回半导体元件(22)的顶部处的所述壳体(24)和所述导电层，以及在所述半导体元件的顶部处形成所述光致发光涂层(28R，28G，28B)。
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