CN111293133A - 用于制造光学器件的方法 - Google Patents

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E·贝内
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Abstract

本发明涉及光学器件的技术领域。本发明具体提出了一种用于制造光学器件的方法。光学器件可以是发光二极管(LED)器件，例如微型LED(μLED)器件或光电二极管(PD)器件，例如成像器。该方法包括在第一半导体晶片上处理包括多个化合物半导体LED或化合物半导体PD的阵列以及多个第一接触，每个第一接触被电连接至诸LED或PD之一。该方法进一步包括在第二半导体晶片上处理CMOS IC和被电连接到CMOS IC的多个第二接触。该方法进一步包括将第一半导体晶片与第二半导体晶片混合粘合，以使得多个LED或PD经由第一和第二接触分别连接至CMOS IC。本发明还提出一种光学器件，尤其是由所提出的方法得到的光学器件。

Description

用于制造光学器件的方法
技术领域
本发明涉及光学器件的技术领域。本发明具体提出了一种用于制造光学器件的方法，并且提出了该光学器件本身。例如，光学器件是发光二极管(LED)器件，尤其是微型LED(μLED)器件，或者是光电二极管(PD)器件，尤其是基于光电二极管的成像器。该方法和光学器件分别特别地适用于μLED显示器。
背景技术
为了实现下一代增强现实(AR)眼镜，与现有显示器(尤其是有机发光二极管(OLED)、硅上液晶(LCOS)或数字光处理(DLP)显示器)相比，在分辨率、亮度和能耗方面需要经强有力地改进的投影微显示器技术。在开发中的最有前景的微显示器技术是在互补金属氧化物半导体(CMOS)上采用一个或多个μLED器件的μLED显示器。这项技术的目标是约为3μm LED像素间距的分辨率，伴随亮度超过100万尼特且效率为至少10％外部量子效率(EQE)。
开发中的新μLED器件中的主要挑战是如何在带有Si-CMOS(有源矩阵读出)IC(通常在8”-12”晶片上被制成)的4”-6”晶片上集成间隔得非常紧的LED(这些LED通常使用III-V或III-N(例如GaN)半导体材料(外延层)制成)。即，如何在不造成LED的过多效率下降的情况下以足够小的LED像素间距实现集成。值得注意的是，效率下降对经缩放的LED而言相当常见。
在这方面，值得注意的是－无论集成如何被完成－给定经缩放的LED的EQE都是次要问题，其直接与LED有源发光区域的孔径或填充因子相联系。经缩放的III-N或III-V LED在MESA边缘的侧壁处具有归因于缺陷的非辐射重组，这在电荷载流子的扩散长度内是严重的。因此，这样的经缩放的LED的效率下降主要与LED的周长与面积比相关。在具有固定目标分辨率(例如3μm)的LED阵列的上下文中，这意味着有源半导体区域与总体上的LED像素大小(其中LED像素还包括到毗邻LED的距离)相比应尽可能得大。在下文中，这被称为LED孔径或填充因子。
当具有间隔得非常紧的PD(光捕捉二极管)的PD器件要与CMOS IC相集成时，也会产生与上面关于LED器件的制造所描述的相类似的问题。例如，当具有非常小的PD像素间距的成像器要被制造时。
发明内容
鉴于上面提到的挑战，本发明的各实施例旨在改进光学器件，尤其是适合于μLED显示器的LED器件或者PD器件的制造。由此，目的是制造并提供一种带有阵列的光学器件，该阵列具有非常小的像素间距但具有高效率。具体而言，当缩放LED或PD时，应经历仅非常小的效率下降。LED器件应尤其是LED像素间距为3μm或更小的μLED器件。同样，对于PD器件，3μm或更小的PD像素间距应是可能的。光学器件的制造过程应进一步是高效的，并应允许达成高成品率。此外，光学器件总体上应具有紧凑的大小。
通过所附独立权利要求中提供的本发明的各实施例来实现本发明的目的。这些实施例的有利实现在从属权利要求中被定义。
本发明的各实施例基于以下认识－尽管原则上若干种常规的集成选项将可用于将化合物半导体LED或PD(前平面)与CMOS读出(背平面)相集成－仅一些集成选项适合于全晶片单片(monolithic)集成，并因而具有达成所需集成目标的能力。此外，并非所有可用于单片集成的集成选项也都适合于在LED或PD的效率下降同时被避免或抑制的情况下达成例如μLED显示器所需的非常小的LED或PD像素间距。
此外，本发明的各实施例基于以下洞察－不管被选择用于将化合物半导体LED或PD与CMOS读出IC相组合的集成方法如何－都应避免通孔存在于LED/PD阵列内(尤其不是硅通孔(TSV)或超通孔(super-via))以将LED或PD与CMOS IC相连接。在阵列外部具有通孔不是问题。另外，各实施例还考虑到：导致底部LED接触具有比例如LED的MESA蚀刻的量子阱更大的大小的任何办法将负面地影响LED的效率。此外，考虑了可能不允许蚀刻LED的量子阱、而是仅允许经掺杂的注入层的任何集成方法在经缩放的尺寸处都将在性能上优越。
总而言之，基于以上考虑，本发明的一实施例提出了一种方法(工艺流程)，其采用晶片到晶片(W2W)混合粘合以将LED或PD与CMOS IC相集成。该方法避免了LED/PD阵列中的通孔并实现了底部接触，该底部接触不大于LED的量子阱区域或不大于PD的有源二极管区域。该方法可以被拆分成用于LED/PD阵列的处理流程(其可以在W2W混合粘合之前被完成)，以及用于LED/PD阵列的后处理流程(其可以在W2W混合粘合之后被完成)。
本发明的第一方面提供了一种用于制造光学器件的方法，该方法包括：在第一半导体晶片上处理包括多个化合物半导体LED或化合物半导体PD的阵列；在第一半导体晶片上处理多个第一接触，每个第一接触被电连接到诸LED或PD中的一者；在第二半导体晶片上处理CMOS IC；在第二半导体晶片上处理被电连接到CMOS IC的多个第二接触；以及将第一半导体晶片混合粘合至第二半导体晶片，以使得多个LED或PD经由第一和第二接触被个体地连接到CMOS IC。
通过使用W2W混合粘合将第一半导体晶片粘合到第二晶片，可以以3μm或甚至更小的LED/PD像素间距的目标分辨率制造包括LED/PD阵列和CMOS读出的集成光学器件。具体而言，因为两个半导体晶片可以被分开地处理，于是可以被混合粘合以集成阵列和CMOS读出。
第一半导体晶片可以包括载体基板(载体晶片)、在载体晶片上的阵列，以及在载体晶片和/或阵列上被处理的另外的层，这导致阵列上方的粘合表面。为此，在第一半导体晶片上对阵列的处理可以意味着首先由设置在载体晶片上的化合物半导体LED或PD层构成多个LED或PD，并接着获得粘合表面，以便获得准备好粘合的第一半导体晶片。在经由粘合表面将第一半导体晶片粘合到第二半导体晶片之后，载体晶片可被移除。
值得注意的是，对阵列进行处理并不一定意味着无法施加进一步的后处理，以便分别完成阵列或各个个体LED或PD。换言之，在混合粘合步骤之前不必完全地处理阵列。然而，应该至少以已经处理了LED或PD的至少一个接触(包括用于每个LED或PD的有源区域)的程度来处理阵列。
阵列的化合物半导体LED或PD是基于化合物半导体材料或由半导体材料制成，尤其是由III-V或II-VI半导体材料制成的LED或PD。例如，LED可以是GaN基LED(例如由GaN和/或AlGaN制成)，或者可以是由AlGaInP制成的LED。PD可以是例如由InP制成的InP基PD。此外，可以并行地制造多个光学器件，因而，可以在第一半导体晶片上处理多个LED/PD阵列。在该情形中，在第一半导体晶片上对阵列的处理可以包括以下步骤：获得多个化合物半导体堆叠，每个堆叠包括LED或PD层并且对应于被重构在硅基载体晶片上的光学器件/阵列中的一者。
在该方法的一实现中，在无需通过在多个LED或PD之间的阵列的任何VIA的情况下处理该阵列。
因而，LED/PD像素间距可被减小，同时LED/PD孔径可被最大化。与混合粘合相组合的这种阵列的布置为制造例如具有非常高的目标分辨率的改进的μLED器件或具有非常高的分辨率的成像器提供了途径。
在该方法的一实现中，该阵列包括多个LED，并且在第一半导体晶片上处理该阵列包括：在第一半导体晶片上生长或转移LED层，其中LED层包括量子阱层和在量子阱层上的高掺杂接触层，以及通过刻蚀LED层来构造多个LED，其中高掺杂接触层被蚀刻，但是量子阱层未被蚀刻。
以此方式，包括每个LED的有源区域的LED层可以被处理。每个LED的有源区域由未蚀刻的量子阱层限定。该蚀刻被称为局部MESA蚀刻，因为其在高掺杂接触层被蚀刻之后在量子阱层处被停止。局部MESA蚀刻减少了因缩放LED而导致的效率损失。这意味着较小的LED像素间距变得可能。局部MESA蚀刻在第一方面的方法的上下文中是尤其可行的。
在该方法的一实现中，每个第一接触被从下方电连接到诸LED或PD中的不同的一者。
在该方法的一实现中，在混合粘合之前，在第一半导体晶片上处理多个第一接触包括：处理多个接触层，每个接触层被施加到诸LED或PD中的不同的一者的底表面，以及处理多个VIA，每个VIA被从下方电连接到诸接触层之一并从接触层延伸到第一半导体晶片的粘合表面。
以此方式，被连接到CMOS IC的阵列可以具有非常小的像素间距。接触层可以是p接触或n接触。
在该方法的一实现中，每个接触层的大小等于或小于其被施加到的LED或PD的有源区域的大小。
这允许最大化阵列中的LED/PD孔径，并因而减小像素间距。
在一实现中，该方法进一步包括：在混合粘合之后：在第一半导体晶片上处理至少一个第三接触，该至少一个第三接触被从上方电连接到多个LED或PD。
值得注意的是，在本文档中，术语“上方”和“下方”涉及LED或PD的取向，且尤其是阵列的光发射/捕捉轴/方向。“上方”或“顶部”是阵列发射光的一侧。“下方”或“底部”是相对侧。被称为在LED/PD或阵列“下方”的任何元素因而都不干扰光的发射/捕捉。
在该方法的一实现中，该至少一个第三接触对于LED光或要由PD捕捉的光是透明的，并且被连接至多个LED或PD中的若干个或每一者。
相应地，第三接触可以是阵列的LED/PD的公共接触，因而简化了制造过程并且有益于达成小的像素间距。
在一实现中，该方法进一步包括：在混合粘合之后：处理将至少一个第三接触连接到CMOS IC的至少一个电连接元件，尤其是VIA，其中电连接元件被阵列经过或在阵列周围。
相应地，该至少一个电连接元件没有被穿过阵列，并因此不会对LED/PD孔径以及像素间距产生负面影响。电连接元件因而被布置在阵列的外部。这意味着，在阵列的俯视图中，电连接元件位于阵列旁边。电连接元件也可以是竖直的，但是位于侧向地距离阵列的一定距离处，或者可以环绕阵列四周。
在该方法的一实现中，多个电连接元件被处理，多个电连接元件被以比多个第一接触和第二接触更低的密度布置。
第一和第二接触的布置的较高密度允许在整体紧凑的光学器件中达成高像素分辨率。
在一实现中，该方法进一步包括：在混合粘合之后：尤其使用镶嵌工艺(damasceneprocess)来处理被从上方电连接到至少一个第三接触的导电栅格。
导电栅格可以在光学器件中高效地分配电流和热，尤其进入/离开阵列的电流和热。任选地，栅格还可以用作位于阵列上方的隔膜(diaphragm)，以便产生LED器件的窄发射角，或者可用于将光聚焦到PD器件中的PD上。
在该方法的一实现中，阵列具有多个LED或PD的在1-10μm之间，尤其是等于或小于3μm的像素间距。
相应地，该方法可以制造适用于μLED显示器的μLED器件，或适合作为高分辨率成像器的μPD器件。
本发明的第二方面提供了一种光学器件，包括第一半导体部分，该第一半导体部分包括：包括多个化合物半导体LED或化合物半导体PD的阵列以及多个第一接触，每个第一接触被从下方电连接至诸LED或PD中的一者；并且包括第二半导体部分，该第二半导体部分被布置在第一半导体部分下方并且包括：CMOS IC和电连接到CMOS IC的多个第二接触；其中第一半导体部分被混合粘合到第二半导体部分，并且多个第一接触被直接一对一地连接到多个第二接触。
第二方面的光学器件可以利用第一方面的方法及其各实现形式来被制造。在将第一半导体晶片粘合到第二半导体晶片之后，对经粘合的晶片的后处理和切割可以产生多个光学器件。
第二方面的光学器件可以是在阵列中具有非常高的LED/PD分辨率的μLED或μPD器件，且因而非常适于在例如μLED显示器或高分辨率成像器中被实现。第一接触与第二接触直接接触而并非例如借助于某些倒装芯片(flip-chip)粘合凸点的事实是混合粘合的清晰指纹，其允许移动到较小的像素间距。
在光学器件的一实现中，阵列不包括在多个LED或PD之间的VIA。
以此方式，阵列中的LED/PD孔径，即相对于整个阵列区域的LED或PD表面可以被最大化。
在一实现中，光学器件进一步包括被从上方电连接到多个LED或PD的至少一个第三接触，其中该至少一个第三接触对于LED光或要由PD捕捉的光是透明的并且被连接至多个LED或PD中的若干个或每一者。
第三接触可以是连接若干个或甚至所有LED或PD的公共接触。该公共接触至少对于LED光或要被捕捉的光可以是透明的，任选地，其可以阻挡其他电磁辐射。
在光学器件的一实现中，至少一个第三接触通过布置在阵列外部的至少一个电连接元件来被电连接至CMOS IC。
以此方式，光学器件可以被非常紧凑地设计，因为没有电连接元件运行通过阵列，这允许在不减小LED/PD孔径的情况下将LED或PD移动得更靠近在一起。
附图说明
在以下参考附图对各实施例的描述中解释了上面描述的各方面和实现：
图1示出了根据本发明的一实施例的方法的流程图。
图2示出了根据本发明的一实施例的详细方法(处理流程)。该方法适于利用W2W混合粘合在CMOS上实现光学器件，其中最大的LED/PD孔径可被以最小像素间距达成。
图3示出了如利用该方法实现的根据本发明的一实施例的光学器件的示意性截面。
图4示出了如利用包括后处理的方法实现的根据本发明的一实施例的光学器件的示意性截面。
图5以(a)顶视图和(b)截面图示出了根据本发明的一实施例的光学器件的总体示意布局。
图6示出了如利用包括局部MESA蚀刻的方法实现的根据本发明的一实施例的LED器件的示意性截面。
具体实施方式
图1以流程图示出了根据本发明的一实施例的方法10。方法10尤其适合于获得光学器件30(关于器件30的更多细节请参见图3)，光学器件30例如包括阵列31，尤其是μLED或μPD阵列。因而，方法10可例如被应用于包括诸如光学器件30之类的LED器件的μLED显示器的制造过程中。
在方法10的第一步骤11中，在第一半导体晶片上处理包括多个化合物半导体LED或化合物半导体PD 31a的阵列31(参见例如图3)。
在方法10的第二步骤12中，在第一半导体晶片上处理多个第一接触32，每个第一接触32被电连接到诸LED或PD 31a之一。
在方法10的第三步骤13中，在第二半导体晶片上处理CMOS IC 33。
在方法10的第四步骤14中，在第二半导体晶片上处理被电连接到CMOS IC 33的多个第二接触34。
在方法10的第五步骤15中，第一半导体晶片被混合粘合到第二半导体晶片，以使得多个PD或LED 31a经由第一和第二接触32、34被个体地连接到CMOS IC 33。
图2示出了根据本发明的一实施例的方法10，其基于图1所示的方法10。图2中示出的方法10包括与图1中示出的相同的步骤11-15，并且可以包括附加步骤。
在其中阵列31被处理的步骤11处，第一半导体晶片可以设置有外延生长的(epi)LED层或PD层，尤其基于化合物半导体材料。例如，包括每个epi LED/PD层的化合物半导体材料堆叠可以被提供在第一半导体晶片上。具体而言，epi LED/PD层可以由此被设置在载体晶片上(例如，对于LED 31a，这些可以是Si载体晶片，尤其是300mm晶片上的GaN、AlGaInP或蓝宝石上的GaN；对于PD 31a，这些可以是在这样的Si载体晶片上的InP)。epi LED层可以包括限定量子阱的层(即，量子阱层)和被提供在量子阱层上的高掺杂接触层。这里可以包括如对epi LED层的MESA蚀刻等处理步骤，以便限定阵列31中的各个个体LED 31a的区域。epi LED层的MESA蚀刻可以是包括蚀刻通过量子阱层的完整MESA蚀刻，或者可以是局部MESA蚀刻，该局部MESA蚀刻仅包括蚀刻通过高掺杂接触层，但在量子阱层处停止蚀刻。即，如果局部MESA蚀刻被执行，则量子阱层不被蚀刻。epi PD层可以包括限定PD 31a的PiN二极管的层。值得注意的是，例如在接触方面，不必在步骤11中完全完成阵列31，但是应该已经将LED/PD层构造成阵列31中的LED或PD 31a的布置。
如图2所示，可以将在第一半导体晶片上处理多个第一接触32的步骤12划分成两个步骤12a和12b。在步骤12a处，可以在每个LED或PD 31a上处理接触层32a(参见例如图3)，该接触层32a由于其在最终光学器件30中的在LED或PD 31a下方的布置而特别被称为“底部接触”。底部接触层32a可以是p接触或n接触(图2仅示例性地指代p接触，在此n接触同样是可能的)。之后，在步骤12b处，例如使用Cu、W或Ru作为金属的常规生产线后端(BEOL)镶嵌工艺可被用来创建诸VIA 32b(参见图3)，这些VIA 32b以一侧电连接至多个接触层32a且以其另一侧终止在第一半导体晶片的粘合表面处。即，这些VIA 32b中的每一者被从下方电连接到诸接触层32a之一，并且从接触层32a延伸到第一半导体晶片的粘合表面。具体而言，诸VIA 32b被暴露在第一半导体晶片的粘合表面处。第一半导体晶片的粘合表面可以是化学机械平面化(CMP)平坦表面，其具有用作接触区域/垫(pad)的VIA 32b和阴离子粘合层(例如SiN、SiCN、SiO2)。
在步骤13/14处，在第二半导体晶片上处理CMOS IC 33和第二接触34。为此，包含有源矩阵和附加信号处理功能的CMOS晶片可以被提供。像第一半导体晶片一样，第二半导体晶片也设置有粘合表面，该粘合表面可以是具有用作接触区域/垫的第二接触34和阴离子粘合层(例如，SiN、SiCN、SiO2)的CMP平坦表面。具体而言，第二接触34以其一端暴露在第一半导体晶片的粘合表面处，且以其第二端连接至CMOS IC 33。
在步骤15处，通过(例如常规的)W2W混合粘合将第二半导体晶片粘合到第一半导体晶片。可被使用的常规混合粘合技术例如在SW Kim等人所著的“Ultra-fine Pitch 3DIntegration Using Face-to-Face Hybrid Wafer Bonding(使用面对面混合晶片粘合的超精细间距3D集成)”，IEEE，ECTC，2016，DOI#10.1002/jsid.649中进行了描述。W2W混合粘合(尤其是在300mm平台中)可导致间距降至2μm或甚至1.5μm。
在接下来的步骤20处，可以例如通过现有技术中已知的任何手段来移除用于第一半导体晶片的Epi层的载体晶片。该移除过程可以尤其包括研磨和/或CMP等。例如，Si载体晶片被移除。
在下一步骤21处，至少一个另外的接触层35(参见例如图3)可以被处理以用于接触每个LED或PD 31a，该至少一个另外的接触层35由于其在最终光学器件30中的在LED或PD31a上方的布置而特别被称为“顶部接触”。该至少一个顶部接触层35可要么是p接触要么是n接触，其中它应具有与上面描述的底部接触层32a相反的导电类型(图2仅示例性地将其称为n接触，p接触在此同样是可能的)。顶部接触35可以尤其是被连接到若干个或每个LED或PD 31a的公共顶部接触35。该至少一个顶部接触35具体是上面提到的至少一个第三接触，其从上方连接到多个LED或PD 31a。
在步骤22处，在顶部接触35被处理之后，附加处理步骤可被完成，例如以便改善光学器件30中的电流和热分布或改善从光学器件30的光学向外耦合。例如，可以在阵列31上方处理金属化栅格40(参见图4)，其可以具有分配电流和热以及同时用作光学元件(例如光学隔膜)的双重目的。为此，栅格40可以被连接到顶部接触35，并且可以包括被布置在阵列31之上的孔径。替代地或附加地，微透镜可以被布置在阵列31的每个LED或PD 31a上方，例如以将由LED 31a发射的光聚焦到PD 31a上或者将接收到的光聚焦到PD 31a上。附加处理步骤可以进一步包括将晶片切割成多个光学器件30并封装这些光学器件30。
图3示出了根据本发明的一实施例的光学器件30的截面。光学器件30可以由参考图1所描述的方法10产生。光学器件30可以是LED器件，尤其是具有3μm或更小的LED像素间距的μLED器件。光学器件30也可以是PD器件，尤其是包括例如多个InP基PD 31a且具有3μm或更小的PD像素间距的(近)红外成像器。
光学器件30包括第一半导体部分30a和第二半导体部分30b。第一半导体部分30a被混合粘合到第二半导体部分30b，作为上面针对方法10所描述的两个半导体晶片。第一半导体部分30a和第二半导体部分30b可以分别是第一和第二半导体晶片的例如在晶片切割后获得的各部分。
第一半导体部分30a包括包含多个化合物半导体LED或化合物半导体PD 31a的阵列31，并且包括多个第一接触32。每个第一接触32(在此包括32a+32b)被从下方电连接到LED或PD 31a中的一者。阵列31和第一接触32可以如以上参考方法10所描述。
第二半导体部分30b被布置在第一半导体部分30a下方，并且包括CMOS IC 33和被电连接至CMOS IC 33的多个第二接触34。CMOS IC 33和多个第二接触34可以如以上参考方法10所描述。
这两个半导体部件30a和30b尤其以使得多个第一接触32被直接一对一地连接到多个第二接触34的方式来被粘合在一起。这能通过使用上面描述的方法10所采用的W2W混合粘合来达成。
图3示出了光学器件30的附加的、任选的特征。图3尤其示出了在图2所示的方法10的步骤21之后得到的光学器件30的截面。相应地，光学器件30进一步包括被从上方电连接到多个LED或PD 31a的公共顶部接触34(在步骤21中制成的至少一个第三接触)。顶部接触35对于至少LED光或对于要由PD 31a捕捉的光(即感兴趣的光)是透明的，并且在此被连接至所有多个LED或PD 31a。顶部接触35被配置成至少使由LED或PD 31a发射的感兴趣的光通过。然而，透明顶部接触35可以过滤除了LED或PD 31a的感兴趣的光之外的电磁辐射。
根据图2所示的方法10的步骤12a和12b，多个第一接触32包括各自被施加到一个LED或PD 31a的底表面的多个底部接触层32a，以及多个VIA 32b，每个VIA 32b被从下方电连接至诸底部接触层32a之一并且延伸至由第一半导体部分30a和第二半导体部分30b形成的界面。VIA 32b进一步被直接且一对一地连接到多个第二接触34，该多个第二接触34被连接到CMOS IC 33。
在图3中还可以看出，没有电连接(如VIA或其他连接元件)穿过阵列31(即在LED或PD 31a之间)。换言之，多个LED或PD 31a所占据的区域没有任何其他连接元件，尤其是没有VIA。以此方式，对于3μm或更小的目标LED/PD像素间距，超过80％的像素区域可以由LED或PD 31a(即，LED/PD表面，此处尤其是LED/PD岛)占据。
图4示出了根据本发明的一实施例的光学器件30的截面，其基于图3所示的光学器件30。图3和图4中的相同元件共享相同的附图标记并且起相同作用。具体而言，图4示出了在图2所示的方法10的步骤22之后所得到的光学器件30。即，在步骤21处的顶部接触35的形成之后，可以在步骤22处实现另外的处理步骤，例如添加镶嵌金属化栅格40以供更好的电流和热分布。金属化栅格40可被从上方电连接到顶部接触35，并且因而可以用作电流和热分配器。
栅格40可以包括多个透明开口42，每个透明开口42与多个化合物半导体LED或PD31a之一相关，尤其被定位在多个化合物半导体LED或PD 31a之一上方。每个透明开口42可以被配置成至少使由其所关联的LED 31a发射的光或者其所关联的PD 31a应当捕捉的光通过。此外，金属化栅格40可以被连接到顶部接触35的顶表面的经确定的区域，其中，这些经确定的区域被定位在阵列31中的毗连LED或PD 31a之间的空间上方。具体而言，栅格40可以具有多个竖直柱41，竖直柱41被定位在多个LED或PD 31a之间的空间上方并且被配置成将阵列31的毗邻LED或PD 31a彼此分开。透明开口42可以被设置在竖直柱41上方。竖直柱41有助于例如避免由诸LED 31a之一发出的光离开与诸LED 31a中的另一者相关的透明开口42。为此，竖直柱41可以至少对于LED光是吸光的。为此，柱41可以涂覆有吸收层，例如碳层。在被布置在不同的毗邻LED或PD 31s之间的空间上方的多个柱41之间的距离可以位于LED/PD像素间距的量级，尤其可以是如图所示的3μm。
图5在(a)中以顶视图示出了根据本发明的实施例的光学器件30，并且在(b)中示出了根据本发明的一实施例的光学器件30的截面。这两个所示的光学器件30可以相同，并且可以基于图3所示的光学器件30。
具体而言，图5(a)示出了光学器件30的顶层布局，该光学器件30包括具有阵列31和顶部接触35的第一半导体部分30a以及具有CMOS IC 33的第二半导体部分30b。在有源阵列31中，化合物半导体μLED或μPD 31a的非常密集的高孔径阵列可以在无需任何VIA的情况下被生成。当然，阵列31的顶部接触35也需要被连接到CMOS IC 33，以使得CMOS IC可以驱动和/或读出阵列31。然而，该连接是在例如发光LED阵列31区域外部被制造的。具体而言，顶部接触35可以通过被布置在LED/PD阵列31外部的至少一个电连接元件50来被电连接至CMOS IC 33。电连接元件50可以是VIA。在阵列31的顶视图中，VIA 50可以围绕阵列31。CMOSIC 33因而被配置成驱动/读出每个LED或PD 31a，其中顶部接触35和底部接触32(32a+32b)被连接到该LED或PD 31a。
利用VIA的公共透明顶部接触(35)到底层的CMOS IC的这种电连接本身无法在透明顶部接触层(35)中被完成，因为通常使用的透明导体(如ITO)将在沉积期间氧化并对任何形成VIA(如Cu或Al)的下方布置的金属接触进行退火。为了形成一个金属层与透明导体的良好电连接，要求金属导体着陆在ITO上而不是ITO着陆在金属导体上。因此，所提出的解决方案是将透明接触(35)区域限制为实际LED阵列大小，并且在透明接触的顶部上使用附加金属层(40、41)以将电信号路由至LED阵列外部的连接到CMOS IC的通孔。
在图5(b)中还解说了至少一个电连接元件50。具体而言，在此示例性地示出了四个电连接元件50，在截面图中在阵列31的每一侧各两个。每个电连接元件50将顶部接触35连接到CMOS IC 33。顶部接触35可以被电分离成不同的顶部接触区域，例如，每个接触区域随一个电连接元件50连接到CMOS IC 33。
从图5(b)中也可以看出，电连接元件50的每一者被阵列31经过。电连接元件50也可以尤其以非直线的方式被绕阵列31经过。在图5(b)中可以进一步看出，四个电连接元件50分别以比多个第一接触32和第二接触34低的密度来被布置。这意味着，电连接元件50彼此间比第一接触32和第二接触34各自间隔得更开。例如，两个毗邻VIA 32b之间的距离可以位于在1-10μm之间的像素间距的量级，但优选为3μm或更小。在毗邻电连接元件50之间的距离可以大于该3μm，且甚至大于10μm。因此，在某个区域中布置分别比第一和第二接触32和34更少的电连接元件50。
图6以截面示出了根据本发明的一实施例的LED器件30，尤其是μLED器件。图6和之前附图中的相同元件共享相同的附图标记并且起相同作用。图6的LED器件30还具有图4所示的金属化栅格40，但是也可以像图3中的LED器件30一样在没有它的情况下被设计。
具体而言，如图6所示的LED器件30是通过如上面参考图2所描述的局部MESA蚀刻获得的。对于LED阵列31的每个LED 31a，epi LED层包括量子阱层61、在量子阱层61下方的第一高掺杂接触层60(被示例性地示为n型接触层，但也可以是p型)，以及在量子阱层61上方的第二高掺杂接触层62(被示例性地示为p型接触层，但也可以是n型)。量子阱层61和第二高掺杂接触层62没有在局部MESA蚀刻中被蚀刻，即，这些层61、62在LED器件30中的整个LED阵列31之上延伸且因而对于LED 31a是公共的。第一高掺杂接触层60在局部MESA蚀刻期间被蚀刻，以使得LED阵列31中的LED 31a的每一者具有单独的高掺杂接触层60。
量子阱层61上方的第二高掺杂接触层62被(公共)顶部接触35从上方接触。每个第一高掺杂接触层60被底部接触32a从下方接触－并进一步通过VIA 32b，跨第一半导体部分30a与第二半导体部分30b之间的粘合表面63，以及通过诸第二接触33之一至CMOS IC 33。
总而言之，根据本发明的各实施例的方法10和LED器件30－如图1-6所示－允许以经缩放的LED像素的非常小的亮度下降来达成增加了的分辨率(即，减小的LED像素间距)。此外，方法10与先进的300mm制造(fab)完全兼容。在300mm平台上实现方法10可导致进一步的益处，例如可以在更先进的节点(例如，55nm)中使用逻辑晶片，这实现了甚至更多的性能。

Claims (16)

1.用于制造光学器件(30)的方法(10)，所述方法包括：
在第一半导体晶片上处理(11)包括多个化合物半导体发光二极管LED或化合物半导体光电二极管PD(31a)的阵列(31)，
在所述第一半导体晶片上处理(12)多个第一接触(32)，每个第一接触(32)被电连接到所述LED或PD(31a)中的一者，
在第二半导体晶片上处理(13)互补金属氧化物半导体CMOS集成电路IC(33)，
在所述第二半导体晶片上处理(14)被电连接到所述CMOS IC(33)的多个第二接触(34)，以及
将所述第一半导体晶片混合粘合(15)到所述第二半导体晶片，以使得所述多个LED或PD(31a)经由所述第一和第二接触(32、34)被个体地连接到所述CMOS IC(33)。
2.根据权利要求1所述的方法(10)，其特征在于
在无需任何通过在所述多个LED或PD(31a)之间的所述阵列(31)的竖直互连访问VIA的情况下处理所述阵列(31)。
3.根据权利要求1或2所述的方法(10)，其特征在于，所述阵列(31)包括多个LED(31)，并且在所述第一半导体晶片上处理(12)所述阵列(31)包括：
在所述第一半导体晶片上生长或转移所述LED层(60、61、62)，其中所述LED层(60、61、62)包括量子阱层(61)和所述量子阱层(61)上的高掺杂接触层(60)，以及
通过蚀刻所述LED层(60、61、62)来构造所述多个LED(31a)，其中所述高掺杂接触层(60)被蚀刻，但所述量子阱层(61)不被蚀刻。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法(10)，其特征在于：
每个第一接触(32)被从下方电连接到所述LED或PD(31a)中的不同的一者。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法(10)，其特征在于，在所述混合粘合(15)之前，在所述第一半导体晶片上处理(12)所述多个第一接触(32)包括：
处理多个接触层(32a)，每个接触层(32a)被施加到所述LED或PD(31a)中的不同的一者的底表面，以及
处理多个VIA(32b)，每个VIA(32b)被从下方电连接到所述接触层(32a)之一，并从所述接触层(32a)延伸到所述第一半导体晶片的粘合表面。
6.根据权利要求5所述的方法(10)，其特征在于
每个接触层(32a)的大小等于或小于其被施加到的所述LED或PD(31a)的有源区域的大小。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法(10)，其特征在于，在所述混合粘合(15)之后：
在所述第一半导体晶片上处理(21)至少一个第三接触(35)，所述至少一个第三接触(35)被从上方电连接到所述多个LED或PD(31a)。
8.根据权利要求7所述的方法(10)，其特征在于
所述至少一个第三接触(35)对于LED光或要由所述PD(31a)捕捉的光是透明的，并且被连接到所述多个LED或PD(31a)中的若干个或每一者。
9.根据权利要求7或8所述的方法(10)，其特征在于，在所述混合粘合(15)之后，还包括：
处理将所述至少一个第三接触(35)连接到所述CMOS IC(33)的至少一个电连接元件(50)，尤其是VIA，
其中所述电连接元件(50)被所述阵列(31)经过或在所述阵列(31)周围。
10.根据权利要求9所述的方法(10)，其特征在于
多个电连接元件(50)被处理，所述多个电连接元件(50)以比所述多个第一接触和第二接触(32、34)低的密度来被布置。
11.根据权利要求7至10中的一项所述的方法(10)，其特征在于，在所述混合粘合(15)之后，还包括：
尤其使用镶嵌工艺对被从上方电连接到所述至少一个第三接触(35)的导电格栅(40)进行处理。
12.根据权利要求1至11中的一项所述的方法(10)，其特征在于：
所述阵列(31)具有所述多个LED或PD(31a)的在1-10μm之间，尤其是等于或小于3μm的像素间距。
13.一种光学器件(30)，包括：
第一半导体部分(30a)，包括：
-包括多个化合物半导体LED或化合物半导体PD(31a)的阵列(31)，以及
-多个第一接触(32)，每个第一接触(32)被从下方电连接到所述LED或PD(31a)中的一者；
第二半导体部分(30b)，所述第二半导体部分(30b)被布置在所述第一半导体部分(30a)下方并且包括：
-互补金属氧化物半导体CMOS集成电路IC(33)，以及
-被电连接至所述CMOS IC(33)的多个第二接触(34)；
其中所述第一半导体部分(30a)被混合粘合到所述第二半导体部分(30b)，并且所述多个第一接触(32)被直接一对一地连接到所述多个第二接触(34)。
14.根据权利要求13所述的光学器件(30)，其特征在于
所述阵列(31)不包括在所述多个LED或PD(31a)之间的VIA。
15.根据权利要求13或14所述的光学器件(30)，其特征在于，进一步包括：
被从上方电连接到所述多个LED或PD(31a)的至少一个第三接触(35)，其中所述至少一个第三接触(35)对于LED光或要由所述PDs(31a)捕捉的光是透明的，并且被连接到所述多个LED或PD(31a)中的若干个或每一者。
16.根据权利要求13至15中的一项所述的光学器件(30)，其特征在于：
所述至少一个第三接触(35)通过被布置在所述阵列(31)外部的至少一个电连接元件(50)来被电连接到所述CMOS IC(33)。
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