CN111613712B - 发光二极管、包括多个发光二极管的像素及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光电装置(110G，110R)，其包括适合于发射辐射的LED，并且LED包括有源层(105)，并且光电装置(110G，110R)包括在LED的有源层(105)上方延伸的转换层(134G，134R)，并且转换层(134G，134R)包括适合于转换由LED发射的辐射的多个荧光团，其中转换层(134G，134R)被镜(133)横向地限制，该镜既反射由荧光团转换的辐射，又反射未由荧光团转换的辐射，并且转换层(134G，134R)垂直地被限制在第一(131G，131R)和第二(132G，132R)多层反射滤光器之间，形成谐振法布里‑珀罗腔，该法布里‑珀罗腔阻挡未由荧光团转换的辐射，并具有对于由荧光团转换的辐射的透射率峰。

Description

发光二极管、包括多个发光二极管的像素及其制造方法
技术领域
本发明涉及发光二极管、包括多个发光二极管的像素及其制造方法。
背景技术
一般而言，显示装置的关键参数是具有最宽可能的“色域”。在颜色合成中，无论是加色还是减色，颜色的色域或范围都是特定类型的材料可以复制的颜色集合的部分。此外，照明和显示装置通过增加光通量和发射表面的清晰度而不断发展。例如，对于显示屏，这是通过从阴极射线管到液晶屏，以及自此以后到OLED(有机发光二极管)屏的历程来反映的。对于照明，它涉及例如，从白炽灯泡到LED(发光二极管)的历程。
将LED阵列用于显示或照明目的(例如，用于汽车工业中的车头灯)需要使例如，由氮化镓GaN制成的半导体LED技术适应像素化的阵列发射。实际上，半导体技术使得能够制造像素范围从一微米到几十微米的阵列。但是，例如氮化镓GaN仅发出460nm波长范围内的蓝光。
为了获得其他颜色，有必要在像素尺度上执行转换操作。由于蓝光具有可见光谱中最高的能量，因此可以通过光致发光将其转换为能量较低的绿光或红光。光致发光是物质通过吸收光子来激发，然后通过释放较低能量的光子消激发的过程。光致发光涵盖两种形式：荧光和磷光。荧光是快速的光致发光，而磷光是慢的光致发光：适合显示和照明应用的是荧光。荧光是借助于荧光团获得的，荧光团可以是与聚合物阵列结合的粉末的形式。
为了能够被限制在几微米的像素中，荧光团必须具有亚微米尺寸。当前可用的材料是半导体的3D量子点，例如硒化镉CdSe、磷化铟InP或硫化铟银AgInS2，或氧化物的纳米磷光粉，例如YAG：Ce(掺杂铈的钇铝石榴石)、硫化物或氟化物的纳米磷光粉。
同时，为了发出饱和色，每种颜色都需要尽可能窄的光谱。可以由3D量子点制作足够窄的光谱，但不能由纳米磷光粉制作，纳米磷光粉具有大约100nm的宽带发射光谱。
3D量子点使得可以为每种颜色获得足够窄的光谱，但是当它们经受光或热通量时，即在显示器或照明装置中的情况，它们缺乏稳定性(仅几个小时)。存在封装解决方案，但是仅能实现低发光度和低分辨率。
此外，施加到微像素的光转换的约束条件是它需要的附加厚度，由于技术原因，尤其是形状因数，该附加厚度必须保持像素尺寸的量级：例如对于3μm的像素，转换厚度必须保持最大为3μm的量级；或对于10μm的像素，转换厚度最大为10μm。不管像素大小如何，下表1示出了分别对于磷化铟或硒化镉CdSe的3D量子点或对于LuAG：Ce(掺杂铈的镥铝石榴石)纳米磷光粉，吸收460nm蓝光所需的转换厚度，以及复合物中荧光团的不同浓度(体积比)。下表2示出了对于表1中不同荧光团和载荷比，所达到的它的吸收百分数部分。
表1
载荷体积比(％) InP CdSe LuAG:Ce
10 8μm 5μm 150μm
20 3μm 2.5μm 90μm
30 1.2μm 1.2μm 50μm
表2
载荷体积比(％) InP CdSe LuAG:Ce
10 96 94 94
20 98 96 95
30 99 97 95
一般而言，诸如LuAG:Ce之类的纳米磷光粉需要数十微米的转换厚度才能完全或几乎完全吸收蓝色，这与小于10μm的像素尺寸不兼容。
在2003年国际光学工程学会的会议记录第4996卷，Roel G.Baets等人的文章“谐振腔发光二极管：综述”(“Resonant-cavity light-emitting diodes:a review”,of RoelG.Baets et al.,Proc.of SPIE,Vol.4996,2003)中描述了谐振腔发光二极管的原理：氮化镓发光二极管的有源层被限制在谐振法布里-珀罗(Fabry-Perot)腔中，以提高提取效率。
最近，2018年2月1日IEEE光子技术快报第30卷No.3，Guan-Syun Chen等人的文章“具有HBR和DBR结构的单片红/绿/蓝微LED”(“Monolithic red/green/blue micro-LEDswith HBR and DBR structures”,of Guan-Syun Chen et al.,IEEE PhotonicsTechnology Letters,Vol.30,No.3,1st February 2018)中描述了一种包括三个氮化镓发光二极管的像素：第一个发光二极管不具有用于发射蓝光的转换层，第二个发光二极管具有用于发射红光的转换层，第三个发光二极管具有用于发射绿光的转换层。使用的荧光团是3D量子点。为了限制串扰以提高纯度和颜色对比度，三个二极管在其有源层和转换层的水平彼此分开，如果需要的话，通过吸收光辐射的层分开。布置在基片下方的下部布拉格(Bragg)镜被配置为反射三种颜色。在第二和第三个二极管的转换层上布置上部布拉格镜，以阻挡蓝光并进一步提高所提取的红光和绿光的纯度。获得的像素尺寸为30μm×30μm。
发明内容
需要一种光电装置，其使得能够获得饱和的且不同于蓝色的颜色的辐射，同时具有微米尺寸。还需要一种微米尺寸的像素，其包括几个光电装置，每个光电装置都能够获得包括蓝色在内的不同和饱和的颜色的辐射。
本发明尤其涉及一种光电装置，该光电装置包括：
-适合于发射辐射的LED，LED包括有源层，以及
-转换层，该转换层在LED的有源层上延伸，并且包括适合于转换由LED发射的辐射的多个荧光团，
转换层被镜横向地限制，该镜既反射由荧光团转换的辐射，又反射未由荧光团转换的辐射，并且该转换层垂直地被限制在第一多层反射滤光器和第二多层反射滤光器之间，形成谐振法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔阻挡未由荧光团转换的辐射，并具有对于由荧光团转换的辐射的透射率峰。
根据本发明的装置还可以具有单独地考虑或根据其所有技术上可能的组合考虑的以下一个或多个特征：
荧光团是纳米磷光粉；
纳米磷光粉选自SrSi2O2N2:Eu2+；β-SIALON；Y3Al5O12:Ce3+；LuAG:Ce；LuYAlMgSiO3:Ce；SrSi5N8:Eu2+；(BaSr)2Si5N8:Eu2+；(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+；Sr[LiAl3N4]:Eu2+；Sr[Mg3SiN4]:Eu2+；Sr1-xCaxS:Eu2+；
荧光团是3D量子点；
3D量子点选自：ZnS；ZnSe；CdS；CdSe；CdZnSe；CdTe；PbS；InP；CuInS2；CuGaS2；CuInSe2；CuGaSe2；CuInGaSe2；CuSe；InSe；GaSe或前述合金的任何组合；
由荧光团转换的辐射由称为“提取滤光器”的第一多层反射滤光器或第二多层反射滤色器之一，从谐振法布里-珀罗腔提取，并且提取滤光器包括用于提取由荧光团转换的辐射的光栅。
第一多层反射滤光器在所述有源层和所述转换层之间延伸，而第二多层反射滤光器在转换层上延伸，第二多层反射滤光器对于由荧光团转换的辐射具有大于30％的反射率。
本发明还涉及像素，该像素包括根据本发明的第一光电装置和第二光电装置，第一光电装置包括第一LED，并且第二光电装置包括第二LED，由第二LED的荧光团转换的辐射不同于由第一LED的荧光团转换的辐射。
根据本发明的像素还可以具有单独地考虑或根据其所有技术上可能的组合考虑的以下一个或多个特征：
像素还包括第三LED，第三LED发射的辐射不同于由第一和第二光电装置的荧光团转换的辐射；
第三LED具有被镜横向地限制的有源层，并且垂直地被限制在第一和第二多层反射滤光器之间，形成谐振法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔具有对于由有源层发射的辐射的透射率峰；
由有源层发射的辐射由称为“提取滤光器”的第一或第二多层反射滤光器之一，从谐振法布里-珀罗腔提取，并且其中所述提取滤光器包括用于提取由有源层发射的辐射的光栅。
本发明还涉及一种用于制造根据本发明的光电装置的方法，该方法包括以下步骤：
-制作包括有源层的LED；
-在有源层上方制作第一多层反射滤光器；
-制作包括多个荧光团的转换层，所述转换层被配置为通过荧光转换由有源层发射的辐射；
-制作第二多层反射滤光器，使得转换层垂直地被限制在第一和第二多层反射滤光器之间，第一和第二多层反射滤光器形成谐振法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔阻挡未由荧光团转换的辐射，并具有对于由荧光团转换的辐射的透射率峰；
-在转换层的周围制作镜，该镜既反射由荧光团转换的辐射，又反射未由荧光团转换的辐射，以横向地限制转换层。
本发明还涉及一种用于制造根据本发明的像素的方法，该方法包括以下步骤：
-制作第一和第二LED，每个LED都包括有源层；
-在第一LED的有源层上方，制作适合于第一辐射的第一多层反射滤光器；
-在第二LED的有源层上方，制作适合于不同于第一辐射的第二辐射的第一多层反射滤光器；
-制作包括多个第一荧光团的第一转换层，该第一转换层被配置为通过荧光，转换由第一LED的有源层发射的辐射，以获得第一辐射；
-制作包括多个第二荧光团的第二转换层，该第二转换层被配置为通过荧光转换由第二LED的有源层发射的辐射，以获得第二辐射；
-制作适合于第一辐射的第二多层反射滤光器，以使得第一转换层被垂直地限制在适合于第一辐射的第一和第二多层反射滤光器之间，并形成谐振法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔阻挡未由第一荧光团转换的辐射，并具有对于第一辐射的透射率峰；
-制作适合于第二辐射的第二多层反射滤光器，以使得第二转换层被垂直地限制在适合于第二辐射的第一和第二多层反射滤光器之间，并形成谐振法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔阻挡未由第二荧光团转换的辐射，并具有对于第二辐射的透射率峰；
-在第一和第二转换层周围制作镜，该镜既反射第一和第二辐射，又反射未由第一和第二荧光团转换的辐射，以横向地限制第一和第二转换层。
附图说明
参考附图，出于指示性目的而不是以任何方式进行限制，从下面给出的说明中本发明的其他特征和优点将变得清楚，其中：
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的包括多个光电装置的像素的剖视图。
图2a示意性地示出了根据本发明的第一实施方式的光电装置的剖视图。
图2b示意性地示出了图2a的光电装置的俯视图。
图3a示意性地示出了根据本发明的第二实施方式的光电装置的剖视图。
图3b示意性地示出了根据图3a的实施方式的第一替代方案的光电装置的俯视图。
图3c示意性地示出了根据图3a的实施方式的第二替代方案的光电装置的俯视图。
图4a示意性地示出了图3c的第二替代方案的第一示例。
图4b示意性地示出了图3c的第二替代方案的第二示例。
图5a示意性地示出了根据本发明的用于制造包括多个光电装置的像素的方法的第一步骤。
图5b示意性地示出了根据本发明的用于制造包括多个光电装置的像素的方法的第二步骤。
图5c示意性地示出了根据本发明的用于制造包括多个光电装置的像素的方法的第三步骤。
图5d示意性地示出了根据本发明的用于制造包括多个光电装置的像素的方法的第四步骤。
图5e示意性地示出了根据本发明的用于制造包括多个光电装置的像素的方法的第五步骤。
图5f示意性地示出了根据本发明的用于制造包括多个光电装置的像素的方法的第六步骤。
为了更加清楚，在所有附图中，相同或相似的元件用相同的附图标记来标记。
具体实施方式
在本文件的范围内，不加区别地使用术语“发光二极管”和“LED”。
图1示意性地示出了像素的剖视图，其包括：
-根据本发明的第一实施方式的第一和第二光电装置110G、110R，第一光电装置110G包括第一LED，而第二光电装置110R包括第二LED；和
-第三LED 110B。
第一、第二和第三LED中的每一个通常包括有源堆叠105，有源堆叠105布置在互连堆叠118上，互连堆叠118本身布置在集成控制电路120上。根据本发明的第一实施方式的第一和第二光电装置110G、110R还包括布置在有源堆叠或异质结构105上的转换堆叠130。
有源堆叠105例如依次包括：N型掺杂的氮化镓的层105a、发射层105b、P型掺杂的氮化镓的层105c和阳极接触金属层112。例如，发射层105b由一个或多个发射层的堆叠构成，每个发射层形成量子阱，例如基于GaN、InP、InGaN、AlGaN、AlN、AlInGaN、GaP、AlGaP或AlInGaP，并且每个量子阱都布置在两个势垒层之间，例如基于GaN。当在由层105c形成的有源堆叠105阳极区域和由层105a形成的有源堆叠105阴极区域之间施加电流时，有源堆叠105适合于发射确定波长范围内的光，例如根据发射层105b的性质，最大一半全宽小于100nm波长的光。堆叠105通常适合于发射蓝光。实际上，本发明在蓝光的转换中发现了特别有利的应用。但是，一般而言，堆叠105适合于发射可见光，也就是说，波长通常包括在380nm至700nm之间的可见光，优先蓝光。因此，堆叠105通常基于III-V族半导体材料来制作，也就是说，包括与元素周期表的列III的一个或多个元素，例如镓Ga、铝Al和/或铟In相关联的元素周期表的列V的元素，例如氮N或磷P。因此，III-V族半导体材料的示例是氮化镓GaN、氮化铟InN、氮化铝AlN、磷化镓GaP、磷化铟InP、氮化铟镓InGaN、氮化铝镓AlGaN、磷化铝镓AlGaP、磷化铝铟镓AlInGaP、氮化铟镓铝InGaAlN。
现在将描述LED架构的示例。在该示例中，从层112在堆叠105中形成基本垂直的沟槽，以界定对应于像素的不同LED的多个岛或台面。在所示的示例中，这些沟槽完全地延伸穿过堆叠的层112、105c、105b和105a。沟槽的侧壁涂覆有绝缘层114，并且沟槽填充有具有镜功能的金属116。制作接触拾取元件117，接触每个沟槽的金属116。
互连堆叠118通常包括一层或多层绝缘层、一层或多层金属层以及一个或多个层次的导电通孔。在所示的示例中，对于每个LED，互连堆叠118包括用于连接至外部装置的金属板，该金属板以单独的方式连接至LED的阳极112，从而能够单独地命令在LED中循环的电流和/或借助于外部装置施加到LED端子的电压。
集成控制电路120通常形成在半导体基片121中和在半导体基片121上，例如硅基片。在所示示例中，对于每个LED，控制电路120在其表面之一上包括金属连接垫123，该金属连接垫123旨在连接至LED的阳极112，以便能够命令在LED中循环的电流和/或施加到LED的电压。对于每个LED，控制电路120包括例如，基本控制单元(未详述)，该基本控制单元连接至专用于LED的金属垫123并且包括一个或多个晶体管，从而可以控制LED中循环的电流和/或施加到LED的电压。控制电路120例如，是使用CMOS技术制作的。金属垫123可以由绝缘材料124例如，氧化硅横向地包围，使得控制电路120具有与互连堆叠118接触的表面，该表面基本上是平坦的并且包括金属区域123和绝缘区域124的交替。
已经描述的LED架构的示例不是限制性的，并且一般而言，可以设想任何类型的LED架构，尤其是可以设想任何接触系统。已经描述了根据本发明包括第一和第二光电装置以及第三LED的像素的情况，然而，可以如此单独地考虑每一个第一和第二光电装置。
一般而言，每个光电装置的转换堆叠130优选地包括例如，由蚀刻的半导体制成的纹理化层138，层138沉积在LED架构上，并且使得可以改善由堆叠105发射的光子的提取。对于第一光电装置110G，转换堆叠130包括第一转换层134G，其包括多个第一荧光团，使得可以由荧光将第一LED的有源层105发射的辐射转换成第一不同的辐射。一般来说，由有源层105发出的辐射也称为“泵浦辐射”；类似地，由有源层105发射的辐射的波长也被称为“泵浦波长”。第一转换层134G垂直地被限制在适合于所述第一辐射的第一和第二多层反射滤光器131G、132G之间。第一和第二多层反射滤光器131G、132G形成第一谐振法布里-珀罗腔，该第一谐振法布里-珀罗腔阻挡未由第一荧光团转换的辐射，并且具有对于第一辐射的透射率峰。第一辐射由第一或第二多层反射滤光器131G、132G中的一个从第一腔提取，更确切地说，由距离有源层105最远的多层反射滤光器提取，在这种情况下第二多层反射滤光器132G，也称为“提取滤光器”。为了更好的转换效率，第一转换层134G有利地具有最小厚度λ1/2n1，其中λ1是第一辐射的波长，n1是第一转换层134G的光学指数。
以类似的方式，对于第二光电装置110R，转换堆叠130包括第二转换层134R，第二转换层134R包括多个第二荧光团，使得可以通过荧光转换由第二LED的有源层105发射的辐射或泵浦辐射成为第二不同的辐射。第二转换层134R垂直地被限制在适合于所述第二辐射的第一和第二多层反射滤光器131R、132R之间。第一和第二多层反射滤光器131R、132R形成第二谐振法布里-珀罗腔，该第二谐振法布里-珀罗腔阻挡未由第一荧光团转换的辐射，并且具有对于第二辐射的透射率峰。由第一或第二多层反射滤光器131R、132R中的一个从第二腔提取第二辐射，更精确地，由距离有源层105最远的多层反射滤光器提取，在这种情况下第二多层反射滤光器132R，也称为“提取滤光器”。为了更好的转换效率，第二转换层134R有利地具有最小厚度λ2/2n2，其中λ2是第二辐射的波长，n2是第二转换层134R的光学指数。
根据未示出的实施方式，还可以借助于第一和第二多层反射滤光器提供第三LED的有源堆叠105的垂直限制，所述第一多层滤光器和第二多层反射滤光器形成谐振法布里-珀罗腔，该腔在由有源堆叠105发射的辐射的波长处具有透射率峰。这使得可以改善最终从所述法布里-珀罗腔提取的辐射的饱和度。实际上，一般而言，在法布里-珀罗腔中的垂直限制使得自发发射的光谱重新分布并且光谱变窄，从而提高了饱和度和分辨率。最终提取的辐射的最大半全宽通常为10到20nm量级，而初始辐射通常为100nm。正是每个多层反射滤光器的反射率的设计工程，精确地定义了光谱重新分布和所提取辐射的最大半全宽，并且对第一和第二光电装置中的每一个都进行了该工程，如果需要的话对于第三LED进行该工程。
每个法布里-珀罗腔都可以通过调整其调谐和其品质因数来缩窄透射率峰，以达到饱和的颜色。以已知的方式，通过两个连续的出射光线之间的相移dΦ来定义腔的调整：
dΦ(θ)＝2knl(cosθ)
其中n是腔的折射率；l是腔的厚度；θ是光线的折射角，k＝2π/λ，其中λ为光线的波长。如果相继光线的相移dΦ等于2π，则它们建设性地干涉。如果它们的相移dΦ等于π，它们就会破坏性地干涉。
对于垂直于光电装置的平面(前面提到的不同层的平面)，也就是说角度θ＝0的平面的平均传播方向，每个法布里-珀罗腔可以更具体地配置为谐振，并具有对于由荧光团转换的辐射的透射率峰。
在这种情况下，选择构成法布里-珀罗腔的镜的第一反射滤光器131R、131G和第二反射滤光器132R、132G之间的距离(也就是说，在这两个滤光器之间延伸的层的厚度)，使得对于腔中的来回运动(传播方向垂直于镜的来回路径)，转换后的辐射经历的相移等于m×2π弧度，其中m是整数。
无论如何，将注意到，为了使法布里-珀罗腔对于转换后的辐射谐振，第一反射滤光器131R、131G和第二反射滤光器132R、132G之间的距离必须具有特定的且非常合适的值(换句话说，必须使用该辐射的平均波长来“调谐”腔)。
实际上，可以在装置的尺寸确定阶段(例如通过数字仿真)确定第一反射滤光器和第二反射滤光器之间的距离的特定值，使得其可以满足该谐振条件，同时考虑：-反射相移，其与在每个第一和第二反射滤镜上的反射相关，在转换的辐射的平均波长处，以及
-层的折射率，或在这两个滤光器之间延伸的层的折射率。
例如，每个第一多层反射滤光器和第二多层反射滤光器是布拉格镜，例如由厚度为λ/4n且具有高和低指数的薄介电层的组合，例如SiO2/TiO2或SiO2/Si3N4制成。这些材料的光学指数在460nm处分别为1.464/2.7878和1.464/2.0751。可替代地，例如，每个第一和第二多层反射滤光器是具有优化厚度的层的非周期性堆叠，从而使得可以获得精确的滤光器模板。
每个第一光电装置110G的第一多层反射滤光器131G和第二光电装置110R的第一多层反射滤光器131R，优选地分别对于由第一和第二荧光团转换的辐射具有大于或等于90％的反射率；更优选大于或等于95％；甚至更优先大于或等于99％。一般而言，在由厚度为λ/4n且具有高和低指数的薄介电层的组合制作的布拉格镜的情况下，薄的低指数/高指数介电层的成对数目使得在转换的辐射的波长处可以获得足够的反射率，这是该对的两个薄层之间的指数的对比度的函数。薄介电层的厚度通常为几十nm的量级；低指数/高指数对的厚度通常在100nm至200nm之间；包括几对薄的低指数/高指数介电层的堆叠的布拉格镜的厚度通常为μm的量级，优选小于或等于1μm。
每个第一光电装置110G的第一多层反射滤光器131G和第二光电装置110R的第一多层反射滤光器131R，而且有利地，对于未由第一和第二荧光团转换的辐射，也就是说对于在泵浦波长处由有源层105发射的辐射具有高透射率，以便在腔中具有由有源层105发射的最大泵浦光子。特别地，所述高透射率优选地大于或等于90％；更优选大于或等于95％；甚至更优选地大于或等于99％。
第一光电装置110G的第二多层反射滤光器132G对于由第一转换层134G的第一荧光团转换的辐射的反射率，具有严格小于第一光电装置110G的第一多层反射滤光器131G对于由第一转换层134G的第一荧光团转换的辐射的反射率。类似地，第二光电装置110R的第二多层反射滤光器132R对于由第二转换层134R的第二荧光团转换的辐射的反射率，具有严格小于第二光电装置110R的第一多层反射滤光器131R对于由第二转换层134G的第二荧光团转换的辐射的反射率。据说第一光电装置110G的第二多层反射滤光器或提取滤光器132G和第二光电装置110R的第二多层反射滤光器或提取滤光器132R具有“降低的”反射率：这是允许它们分别提取第一和第二辐射的一部分的原因。第一光电装置110G的第二多层反射滤光器132G对于由第一荧光团转换的辐射的反射率优选地被包括在间隔[30％；70％]中；更优选地在间隔[40％；70％]或[30％；60％]中；甚至更优选地在间隔[40％；60％]中。类似地，第二光电装置110R的第二多层反射滤光器132R对于由第二荧光团转换的辐射的反射率优选地被包括在间隔[30％；70％]中；更优选地在间隔[40％；70％]或[30％；60％]中；甚至更优选地在间隔[40％；60％]中。
每个第一光电装置110G的第二多层反射滤光器132G和第二光电装置110R的第二多层反射滤光器132R，而且有利地，对于未由第一和第二荧光团转换的辐射，也就是说对于在泵浦波长处由有源层105发射的辐射具有高反射率，以便“回收”尚未由第一或第二荧光团转换的泵浦光子，从而提高第一和第二转换层134G、134R的转换率。特别地，所述高反射率优选地大于或等于90％；更优选地大于或等于95％；甚至更优先地大于或等于99％。
此外，第一和第二转换层134R、134G由反射第一和第二辐射的镜133横向限定以限制串扰，并且反射未由第一和第二荧光团转换的辐射以改善其转换率。镜133通常由金属制成，例如由金Au、银Ag、钛Ti、铜Cu、铝Al、钨W或能够反射可见光的任何其他金属制成。出于对准的技术原因，并且避免任何等离子体耦合，镜133优选地与第一和第二转换层134R、134G由低指数材料的间隔横向隔开，所述低指数材料，例如是SiO2氧化物或诸如Si3N4氮化物，通常几十nm厚，例如75nm。
图2a示意性地示出了根据本发明的第一实施方式的光电装置的剖视图，例如第一光电装置110G的剖视图。图2b示意性地示出了图2a的第一光电装置110G的俯视图。
图3a示意性地示出了根据本发明的第二实施方式的光电装置的剖视图，例如第一光电装置110G的剖视图，其中提取滤光器还包括用于提取由荧光团转换的辐射的光栅，在该情况下光栅135G用于提取由第一荧光团发射的第一辐射。图3b示意性地示出了根据第二实施方式的第一替代方案的光电装置的俯视图，例如第一光电装置110G的俯视图，其中提取光栅包括具有沿平面尺寸的纹理化的2D光子晶体。图3c示意性地示出了根据第二实施方式的第二替代的光电装置的俯视图，例如第一光电装置110G的俯视图，其中提取光栅包括具有沿着两个平面尺寸的纹理化的2D光子晶体。一般的设计规则是，提取光栅的周期在λ/2和λ之间，其中λ为要提取的波长。提取光栅的完整尺寸设计主要取决于提取光栅的厚度和指数的对比、待提取的波长以及所需的方向性。图4a示意性地示出了根据图3c的第二替代方案的第一示例的光电装置的俯视图。根据该第一示例，光子晶体具有正方形网格。图4b示意性地示出了根据图3c的第二替代方案的第二示例的光电装置的俯视图。根据该第二示例，光子晶体具有三角形网格。对于每个第一和第二示例，可以借助于孔或相反地借助于柱来获得纹理。
现在将结合图5a至图5f描述一种用于制造像素的方法，该方法包括前述的第一和第二光电装置以及第三LED。然而，每个第一和第二光电装置可以单独制造。
方法首先包括制作如上所述的LED架构的步骤，该LED架构包括例如，布置在互连堆叠118上的有源堆叠105，该互连堆叠118本身布置在集成控制电路120上。方法接下来包括如上所述制作纹理化层138的可选步骤。方法接下来包括沉积步骤，通常由保形沉积在纹理化层138上或直接在有源堆叠105上沉积例如SiO2的第一绝缘层136的步骤。方法接下来包括平坦化的步骤，通常通过CMP(化学机械抛光)第一层136的步骤。图5a示出了在第一层136的平坦化结束时获得的结果。
方法接下来包括在第一层136上沉积多层的步骤，该多层旨在形成第一光电装置110G的第一多层反射滤光器131G；然后蚀刻所述多层以限定第一多层反射滤光器131G的步骤。所述蚀刻步骤通常包括掩模的沉积，然后进行DUV(深紫外线)光刻。替代地，所述蚀刻步骤可以是RIE(反应性离子蚀刻)。方法接下来包括沉积第二绝缘层136的步骤，随后是第二层136的平坦化的步骤，类似于前一段落中描述的第一层136的沉积和平坦化的步骤。
方法接下来包括在第二层136上沉积多层的步骤，该多层旨在形成第二光电装置110R的第一多层反射滤光器131R；然后，蚀刻所述多层的步骤，以限定第一多层反射滤光器131R，类似于前一段落中所述。方法接下来包括沉积第三绝缘层136的步骤，随后是第三层的平坦化的步骤，类似于先前描述的第一层136的沉积和平坦化的步骤。图5b示出了在第三层136的平坦化结束时获得的结果。
方法接下来包括在第三层136上沉积旨在形成第一转换层134G的第一转换材料的步骤。该沉积例如，通过旋涂进行。方法接下来包括蚀刻所述第一材料以便限定第一转换层134G的步骤。该蚀刻步骤例如，通过IBE(离子束蚀刻)，特别是通过RIE(反应性离子蚀刻)进行。方法接下来包括沉积第四绝缘层136的步骤，随后是第四层的平坦化的步骤，类似于先前描述的第一层136的沉积和平坦化的步骤。
方法接下来包括在第四层136上沉积旨在形成第二转换层134R的第二转换材料的步骤。该沉积例如，通过旋涂进行。方法接下来包括蚀刻所述第二材料以便限定第一转换层134R的步骤。该蚀刻步骤例如，通过IBE(离子束蚀刻)，特别是通过RIE(反应性离子蚀刻)进行。方法接下来包括沉积第五绝缘层136的步骤，随后是第五层的平坦化的步骤，类似于先前描述的第一层136的沉积和平坦化的步骤。图5c示出了在第五层136的平坦化结束时获得的结果。
方法接下来包括在第五层136上沉积多层的步骤，该多层旨在形成第一光电装置110G的第二多层反射滤光器132G；然后蚀刻所述多层以限定第二多层反射滤光器131G的步骤。所述蚀刻步骤通常包括掩模的沉积，然后进行DUV(深紫外线)光刻。替代地，所述蚀刻步骤可以是RIE(反应性离子蚀刻)。方法接下来包括沉积第六绝缘层136的步骤，随后是第六层136的平坦化的步骤，类似于先前描述的第一层136的沉积和平坦化的步骤。
方法接下来包括在第六层136上沉积多层的步骤，该多层旨在形成第二光电装置110R的第二多层反射滤光器132R；然后，蚀刻所述多层的步骤，以限定第二多层反射滤光器132R，类似于在前一段落中描述的。方法接下来包括沉积第七绝缘层136的步骤，随后是第七层的平坦化的步骤，类似于先前描述的第一层136的沉积和平坦化的步骤。图5d示出了在第七层136的平坦化结束时获得的结果。
方法接下来包括例如，通过深RIE(反应性离子蚀刻)，界定第三LED以及每个第一光电装置和第二光电装置的沟槽开槽步骤，每个沟槽与接触拾取元件117对准。图5e示出了在沟槽开槽的步骤结束时获得的结果。
方法接下来包括例如，通过ECD(电化学沉积)在沟槽中沉积金属的步骤，随后是例如，通过CMP的平坦化步骤，以避免任何短路。方法接下来包括在阴极线和阳极线的末端制作触点Ch和Cb的步骤，通常借助于沉积金属，然后进行蚀刻进行。图5f示出了在制作触点Ch和Cb的步骤结束时获得的结果。
自然地，本发明不限于参考附图描述的实施方式，并且在不超出本发明的范围的情况下可以设想替代方案。

Claims (13)

1.光电装置(110G，110R)，其包括：
-适合于发射辐射的LED，LED包括有源层(105)，以及
-转换层(134G，134R)，所述转换层在LED的有源层(105)上方延伸，并且包括适合于转换由LED发射的辐射的多个荧光团，
其中，转换层(134G，134R)被镜(133)横向限制，该镜(133)既反射由荧光团转换的辐射，又反射未由荧光团转换的辐射，并且该转换层(134G，134R)垂直地被限定在第一多层反射滤光器(131G，131R)和第二多层反射滤光器(132G，132R)之间，形成谐振法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔阻挡未由荧光团转换的辐射，并具有对于由荧光团转换的辐射的透射率峰。
2.根据权利要求1所述的光电装置(110G，110R)，其中荧光团是纳米磷光粉。
3.根据权利要求2所述的光电装置(110G，110R)，其中纳米磷光粉选自SrSi2O2N2:Eu2+；β-SIALON；Y3Al5O12:Ce3+；LuAG:Ce；LuYAlMgSiO3:Ce；SrSi5N8:Eu2+；(BaSr)2Si5N8:Eu2+；(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+；Sr[LiAl3N4]:Eu2+；Sr[Mg3SiN4]:Eu2+；Sr1-xCaxS:Eu2+。
4.根据权利要求1所述的光电装置(110G，110R)，其中荧光团是3D量子点。
5.根据权利要求4所述的光电装置(110G，110R)，其中3D量子点选自合金：ZnS；ZnSe；CdS；CdSe；CdZnSe；CdTe；PbS；InP；CuInS2；CuGaS2；CuInSe2；CuGaSe2；CuInGaSe2；CuSe；InSe；GaSe或前述合金的任何组合。
6.根据权利要求1所述的光电装置(110G，110R)，其中由荧光团转换的辐射由第一多层反射滤光器(131G，131R)或第二多层反射滤光器(132G，132R)之一，从称为“提取滤光器”的谐振法布里-珀罗腔提取，其中所述提取滤光器包括用于提取由荧光团转换的辐射的光栅(135G)。
7.根据权利要求1所述的光电装置(110G，110R)，其中第一多层反射滤光器(131G，131R)在所述有源层(105)和所述转换层(134G，134R)之间延伸，而第二多层反射滤光器(132G，132R)在转换层(134G，134R)上方延伸，并且其中第二多层反射滤光器(132G，132R)对于由荧光团转换的辐射具有大于30％的反射率。
8.包括根据权利要求1所述的光电装置(110G，110R)的像素，包括第一光电装置(110G)和第二光电装置(110R)，第一光电装置(110G)包括第一LED，并且第二光电装置(110R)包括第二LED，由第二LED的荧光团转换的辐射不同于由第一LED的荧光团转换的辐射。
9.根据权利要求8所述的像素，还包括第三LED(110B)，第三LED(110B)发射的辐射不同于由第一和第二光电装置(110G，110R)的荧光团转换的辐射。
10.根据权利要求9所述的像素，其中第三LED(110B)具有被镜横向限制的有源层(105)，并且被垂直地限制在第一多层反射滤光器和第二多层反射滤光器之间，形成谐振法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔具有对于由有源层发射的辐射的透射率峰。
11.根据权利要求10所述的像素，其中由有源层发射的辐射由称为“提取滤光器”的第一或第二多层反射滤光器之一从谐振法布里-珀罗腔提取，其中所述提取滤光器包括用于提取由有源层发射的辐射的光栅。
12.用于制造根据权利要求1至7中的任一项所述的光电装置(110G，110R)的方法，该方法包括以下步骤：
-制作包括有源层(105)的LED；
-在有源层(105)上方制作第一多层反射滤光器(131G，131R)；
-制作包括多个荧光团的转换层(134G，134R)，所述转换层被配置为通过荧光转换由有源层(105)发射的辐射；
-制作第二多层反射滤光器(132G，132R)，使得转换层(134G，134R)垂直地被限制在第一多层反射滤光器(131G，131R)和第二多层反射滤光器(132G，132R)之间，第一和第二多层反射滤光器形成谐振法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔阻挡未由荧光团转换的辐射，并具有对于由荧光团转换的辐射的透射率峰；
-在转换层(134G，134R)的周围制作镜(133)，该镜(133)既反射由荧光团转换的辐射，又反射未由荧光团转换的辐射，以横向地限制转换层(134G，134R)。
13.用于制造根据权利要求8至11中任一项所述的像素的方法，该方法包括以下步骤：
-制作第一和第二LED，每个LED都包括有源层(105)；
-在第一LED的有源层(105)上方，制作适合于第一辐射的第一多层反射滤光器(131G)；
-在第二LED的有源层(105)上方，制作适合于不同于第一辐射的第二辐射的第一多层反射滤光器(131R)；
-制作包括多个第一荧光团的第一转换层(134G)，该第一转换层被配置为通过荧光转换由第一LED的有源层(105)发射的辐射，以获得第一辐射；
-制作包括多个第二荧光团的第二转换层(134R)，该第二转换层被配置为通过荧光转换由第二LED的有源层(105)发射的辐射，以获得第二辐射；
-制作适合于第一辐射的第二多层反射滤光器(132G)，以使得第一转换层(134G)垂直地被限制在适合于第一辐射的第一和第二多层反射滤光器(131G，132G)之间，并形成谐振法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔阻挡未由第一荧光团转换的辐射，并具有对于第一辐射的透射率峰；
-制作适合于第二辐射的第二多层反射滤光器(132R)，以使得第二转换层(134R)垂直地被限制在适合于第二辐射的第一和第二多层反射滤光器(131R，132R)之间，并形成谐振法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔阻挡未由第二荧光团转换的辐射并具有对于第二辐射的透射率峰；
-在第一和第二转换层(134G，134R)周围制作镜(133)，该镜既反射第一和第二辐射，又反射未由第一和第二荧光团转换的辐射，以横向地限制第一和第二转换层(134G，134R)。
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