CN115715135A - 光电器件制造方法 - Google Patents

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CN115715135A CN202210998303.1A CN202210998303A CN115715135A CN 115715135 A CN115715135 A CN 115715135A CN 202210998303 A CN202210998303 A CN 202210998303A CN 115715135 A CN115715135 A CN 115715135A
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弗朗索瓦·坦普勒
罗奇·埃斯皮奥·德拉马埃斯特雷
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Abstract

本描述涉及一种光电器件制造方法，包括以下连续步骤：将有源无机光敏二极管堆叠件(103)转移到先前形成在半导体衬底的内部和顶部的集成控制电路(151)上；以及将多个有机发光二极管(L1、L2、L3)形成在有源光敏二极管堆叠件上。

Description

光电器件制造方法
技术领域
本公开一般涉及光电器件领域，并且更具体地，旨在制造兼备发光功能和光学捕捉功能的光电器件的方法。
背景技术
各种应用很可能受益于兼备发光功能和光学捕捉功能的光电器件。这样的器件例如可用于形成交互式显示屏。
发明内容
实施例的目的在于克服用于形成兼备发光功能和光学捕捉功能的光电器件的已知解决方案的全部或部分缺点。
为此目的，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)将有源无机光敏二极管堆叠件(stack)转移到先前形成在第一半导体衬底的内部和顶部的集成控制电路上；以及
b)将多个有机发光二极管形成在有源光敏二极管堆叠件上。
根据实施例，该方法包括：将多个光敏二极管形成在有源光敏二极管堆叠件中。
根据实施例，该方法还包括：在步骤a)之后且步骤b)之前，形成穿过有源光敏二极管堆叠件并在集成控制电路的金属连接焊盘上冒出的导电接触通孔。
根据实施例，在步骤a)，通过将先前沉积在有源光敏二极管堆叠件上的介电层与先前沉积在集成控制电路上的介电层直接键合(bonding)，有源光敏二极管堆叠件被固定到集成控制电路。
根据实施例，该方法包括：在步骤b)之后，将光学滤波器或颜色转换元件形成在有机发光二极管之上。
根据实施例，有机发光二极管是相同颜色的单色二极管，所述有机发光二极管中的至少一个的顶部有光致发光(photoluminescent)转换元件，其适于将由二极管发射的光转换成第一可见波长；并且所述有机发光二极管中的至少另一个的顶部有光致发光转换元件，其适于将由二极管发射的光转换成由所述至少一个无机光敏二极管检测到的波长范围内的光辐射，该光辐射优选为红外辐射。
根据实施例，所述有机发光二极管中的至少一个的顶部没有光致发光转换元件。
根据实施例，有机发光二极管适于主要发射蓝光。
根据实施例，光致发光转换元件是基于量子点或钙钛矿(perovskite)材料来形成的。
根据实施例，在步骤a)结束时，有源光敏二极管堆叠件在控制电路的整个表面上方连续延伸。
根据实施例，有源光敏二极管堆叠件包括由III-V族材料制成的至少一个无机半导体层。
根据实施例，有源光敏二极管堆叠件包括：第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层，第二层布置在第一层与第三层之间，并且第三层在步骤a)结束时布置在集成控制电路的一侧上。
根据实施例，该方法包括：对第一层的局部部分进行P型掺杂的步骤，所述部分限定了该器件的光敏二极管的阳极区域。
根据实施例，对第一层的局部部分进行P型掺杂的所述步骤在步骤a)之后且步骤b)之前实施。
根据实施例，该方法还包括：在对第一层的局部部分进行P型掺杂的所述步骤之后且步骤b)之前，将连接金属化件(metallization)形成在第一层的所述局部部分的顶部并与其接触的步骤。
根据实施例，该方法包括：在步骤b)之后，将临时支撑衬底键合到该器件与集成电路相对的表面一侧上的步骤，接着是将包括集成电路、有源光敏二极管堆叠件和有机发光二极管的组件切割成多个基本芯片的步骤。
根据实施例，该方法还包括：将所述基本芯片转移并键合到该器件的转移衬底上的步骤，接着是去除临时支撑衬底的步骤。
实施例提供了一种光电器件，该光电器件按顺序依次包括：形成在半导体衬底的内部和顶部的集成控制电路、包括至少一个无机光敏二极管的光电探测级以及包括至少一个有机发光二极管的发射级。
实施例提供了一种器件，该器件包括转移衬底和多个基本芯片，该基本芯片键合并电连接到转移衬底，每个基本芯片包括光电器件，集成控制电路布置在转移衬底的一侧上。
另一实施例提供了一种系统，包括如上文定义的光电器件以及光源，该光源适于发射由无机光敏二极管检测到的波长范围内的光辐射，该光辐射优选为红外辐射。
根据实施例，该光源是远程源。
根据实施例，该光源被集成到光电器件，并且包括光电器件的发射级的至少一个有机发光二极管。
附图说明
前述特征和优点以及其他特征和优点将在具体实施例的公开内容的剩余部分中进行详细描述，这些实施例是参照附图以说明而非限制性的方式给出的，在附图中：
图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F、图1G、图1H和图1I是示出了根据实施例的光电器件制造方法的示例的连续步骤的截面图；
图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图2F和图2G是示出了根据实施例的光电器件制造方法的示例的其他连续步骤的截面图；
图3示意性地示出了根据实施例的包括光电器件的系统的示例；以及
图4是示意性且部分地示出了根据实施例的光电器件的另一示例的截面图。
具体实施方式
在各图中，相同的特征由相同的附图标记表示。特别地，在各种实施例中共同的结构特征和/或功能特征可具有相同的附图标记，并且可设置同一结构、尺寸和材料属性。
为了清楚起见，仅详细地示出和描述了对于理解本文所描述的实施例有用的步骤和元件。特别地，没有详细地描述所述器件的光敏二极管、发光二极管(LED)和集成控制电路的形成，基于本描述的功能指示，这些元件的详细实施方式在本领域技术人员的能力范围内。此外，尚未详细地描述所述实施例可能具有的各种应用，所描述的实施例与很可能受益于兼备发光功能和光学捕捉功能(光电探测)的器件的全部或大部分应用相兼容。
除非另有说明，否则当提及连接在一起的两个元件时，这表示除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，而当提及耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以被连接或者它们可以经由一个或多个其他元件被耦合。
在下文的描述中，当提及诸如术语“前面”、“后面”、“顶部”、“底部”、“左边”、“右边”等限定绝对位置的术语，或诸如术语“上面”、“下面”、“上部”、“下部”等相对位置的术语，或提及诸如术语“水平”、“垂直”等限定方向的术语，除非另有说明，否则这指的是附图的取向。
除非另有说明，否则表述“大概(around)”、“近似(approximately)”、“大致上(substantially)”和“大约(in the order of)”表示在10％以内，且优选在5％以内。
根据实施例的一方面，为了形成一种兼备发光功能和光电探测功能的光电器件，提供以下步骤：将有源无机光敏二极管堆叠件转移到先前形成在半导体衬底的内部和顶部的集成控制电路上；然后将多个有机LED形成在有源光敏二极管堆叠件上。该方法还包括：在转移有源无机光敏二极管堆叠件之后和在形成有机LED之前，形成穿过光敏二极管堆叠件的导电通孔，使能将有源光敏二极管堆叠件和有机LED电连接到集成控制电路。
图1A-1I是示出了实施这种方法的非限制性示例的连续步骤的截面图。基于本描述的指示，不同的变型在本领域技术人员的能力范围内。
为了简化，在图1A-1I中，示出了包括单个光敏二极管D1和三个有机LED L1、L2、L3的器件的形成。实际上，所描述的方法当然可用于形成包括更大数目的光敏二极管和有机LED的器件。
图1A在其上部，非常示意性地示出了形成在半导体衬底(例如，单晶硅衬底)内部和顶部的集成控制电路151。集成电路151包括用于控制并读取该器件的LED和光敏二极管的电路。作为示例，集成电路151包括具有基本控制和读出单元的组件，使能单独控制器件的每个LED并单独读取器件的每个光敏二极管。集成电路151例如是CMOS(“互补金属氧化物半导体”)电路。在该示例中，电路151包括在其上表面侧布置的多个金属连接焊盘153，旨在分别连接到该器件的LED的阳极和阴极和光敏二极管的阳极和阴极。作为示例，焊盘153与涂覆该电路的半导体衬底的上表面的互连堆叠件(图中未详示)的上表面侧齐平。
图1A在其下部，还示意性地说示出了将有源光敏二极管堆叠件103形成在衬底101的上表面上的步骤结束时获得的结构。
堆叠件103是无机半导体层的堆叠件。堆叠件103例如包括由III-V族半导体材料制成的一个或多个层。堆叠件103例如是在红外或近红外中敏感的有源光电二极管堆叠件。作为变型，堆叠件103是在可见范围中敏感的有源光电二极管堆叠件。作为示例，堆叠件103从衬底101的上表面开始依次包括：由非有意掺杂的磷化铟(InP)制成的层103a、由例如N型本征掺杂或N型轻掺杂(例如，大约1015个原子/cm3)的砷化铟镓(InGaAs)制成的吸收层103b以及由N型掺杂磷化铟(InP)制成的层103c。作为示例，层103c的N型掺杂级在1016至1018个原子/cm3范围内。在该示例中，层103b通过其下表面与层103a的上表面接触，并且层103c通过其下表面与层103b的上表面接触。
衬底101例如由磷化铟制成。层103a、103b和103c可以通过外延而连续形成在衬底101的上表面上。衬底101然后是生长衬底。缓冲层(未示出，例如由磷化铟制成)很可能在衬底101与层103a之间形成分界面(interface)。缓冲层例如通过其下表面与衬底101的上表面接触，并且通过其上表面与层103a的下表面接触。在层103a、103b和103c的形成之前，缓冲层也可以通过外延而从衬底101的上表面形成。
作为变型，不是通过外延而在衬底101的上表面上形成有源光敏二极管堆叠件103，而是有源堆叠件可以按相反的顺序在生长衬底(未示出)上形成，然后被转移并键合到衬底101上。在这种情况下，层103c、103b和103a通过外延而连续形成在生长衬底的表面上。缓冲层(例如，由磷化铟制成)有可能在生长衬底与层103c之间形成分界面。然后，堆叠件103被键合到衬底101的上表面，例如通过将层103a的下表面直接键合或分子键合到衬底101的上表面上。然后，可以去除生长衬底以及有可能在生长衬底与层103c之间形成分界面的缓冲层，以清理出通向层103c的上表面的通道。在该变型中，衬底101是支撑衬底，例如，由硅或由适于用作接收有源堆叠件103的支撑件的任何其他材料制成。
在此阶段，有源光敏二极管堆叠件103的每一层例如在衬底101的整个上表面上连续延伸并且具有大致均匀的厚度。
图1A还示出了将介电层155(例如，由氧化硅制成)沉积在集成控制电路151的顶部并与其上表面接触的步骤。在该示例中，层155在集成控制电路151的整个上表面上方连续延伸并且具有大致均匀的厚度。
图1A还示出了将介电层105(例如，由与层155相同的材料例如氧化硅制成)沉积在有源光电二极管堆叠件103的上表面上的步骤。作为示例，层105被沉积在层103c的顶部并与其上表面接触。例如，层105在堆叠件103的整个上表面上方连续延伸并且具有大致均匀的厚度。
图1B示出了在将有源光敏二极管堆叠件103转移并键合到集成控制电路151上，然后去除衬底101的步骤结束时获得的结构。在该步骤期间，通过使用衬底101作为支撑柄，有源光敏二极管堆叠件103被转移到集成控制电路151上。在图1B中，包括衬底101和堆叠件103的结构相对于图1A的取向上下颠倒。然后，堆叠件103被键合到集成控制电路151。在该示例中，堆叠件103通过将层105的下表面(在图1B的取向上，对应于在图1A的取向上的上表面)直接键合或分子键合到层155的上表面上进行键合。然后，例如通过研磨和/或化学刻蚀将衬底101去除，以清理出通向层103a的上表面的通道。在此阶段，有源光敏二极管堆叠件103的每一层例如在集成控制电路151的整个表面上方连续延伸并且具有大致均匀的厚度。应当注意，在该示例中，有源堆叠件103是非结构化的，并且在转移步骤之前尚未经过局部处理的步骤。因此，转移步骤不要求具体对准。
图1C示出了在以下连续步骤结束时获得的结构：
i)将介电层111(例如，由氮化硅或氧化硅制成)沉积在层103a的上表面上(例如，与层103a的上表面接触)；
ii)将局部贯通开口形成在介电层111中，所述贯通开口在对应于该器件的光
敏二极管的阳极区域的将来P型接触区前面；
iii)对位于所述贯通开口前面的层103a的局部区域进行P型掺杂；
iv)将接触金属化件115形成在贯通开口中，每个金属化件通过相应的开口单独接触下层的P型掺杂区域113。
在步骤i)，介电层111例如通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法来沉积。
在步骤ii)，形成在介电层111中的贯通开口例如通过光刻和刻蚀来形成。
在步骤iii)，对区域113进行的掺杂可以通过在步骤ii)形成的开口123前面进行P型掺杂元件(例如，锌(Zn)或铍(Be))的扩散或注入来执行。然后，可以实施掺杂元件的激活退火。作为示例，激活退火可以是表面激光退火，这使能不改变集成电路151，也不改变集成电路151与有源光敏二极管堆叠件103之间的键合质量。P型掺杂区域113形成了该器件的光敏二极管的阳极区域。在该示例中，区域113延伸穿过层103a的整个厚度，并且通过它们的下表面与吸收层103b的上表面取得接触。
在步骤iv)，作为示例，金属层首先被连续沉积在该结构的整个上表面上方，也就是说，在介电层111的顶部并与其上表面接触以及在步骤ii)形成的开口中，然后通过光刻和刻蚀进行去除，同时保留金属化件115。在该示例中，每个金属化件115形成了该器件的光敏二极管D1的阳极。
图1D示出了在从该结构的上表面形成第一开口或接触通孔121的步骤结束时获得的结构，该第一开口或接触通孔121穿过有源光敏二极管堆叠件103并在集成控制电路的连接焊盘153上冒出。开口121通过层111、103a、103b、103c、105和155从介电层111的上表面垂直延伸到焊盘153的上表面。开口121例如具有圆形形状。在该示例中，对于光敏二极管D1中的每一个，在该步骤形成了特定开口121(a)，其形成该二极管的阳极接触开口。对于LEDL1、L2、L3中的每一个，还形成了特定开口121(b)，其形成该LED的阳极接触开口。此外，在该示例中，在该步骤例如在该器件的外围区域中形成了LED L1、L2、L3的公共开口121(c)，其形成所述LED的阴极接触开口。开口121(a)、121(b)、121(c)例如在制造分散体内是相同的。在该示例中，开口121(a)、121(b)、121(c)在同一局部刻蚀步骤期间同时形成。开口121(a)、121(b)、121(c)分别在集成控制电路151的不同金属焊盘153上冒出，以允许通过电路151单独控制二极管D1、L1、L2、L3。
图1D还示出了将电绝缘层123(例如，由氧化硅制成)沉积在开口121(a)、121(b)、121(c)的侧壁的步骤。例如，在形成开口121之后，层123首先被连续沉积在该结构的整个上表面上方。层123的水平部分然后通过垂直各向异性刻蚀进行去除，使得仅保留涂覆开口121侧壁的垂直部分。
图1E示出了在从图1D的该结构的上表面形成至少第二接触开口125的后续步骤结束时获得的结构，该第二接触开口穿过有源光敏二极管堆叠件103并在集成控制电路的连接焊盘153上冒出。以与开口121相同的方式，开口125通过层111、103a、103b、103c、105和155从介电层111的上表面垂直延伸到下层焊盘153的上表面。开口125例如具有与开口121相同的形状。在该示例中，该步骤例如在该器件的外围区域中形成了该器件的光敏二极管D1的公共开口125，其形成所述二极管的阴极接触开口。
与开口121相反，开口125的侧壁没有涂覆有电绝缘层。
图1F示出了用金属填充开口121(a)、121(b)、121(c)和125以分别形成导电通孔127(a)、127(b)、127(c)和127(d)的后续步骤。在该步骤结束时，可以实施使该结构的上表面平坦化的步骤，例如化学机械平坦化(CMP)，使得金属化件115、127(a)、127(b)、127(c)、127(d)与介电层111的上表面齐平。
在该示例中，二极管D1的阳极接触通孔127(a)，LED L1、L2、L3的阳极接触通孔127(b)以及LED L1、L2、L3的阴极接触通孔127(c)通过横向绝缘层123与堆叠件103各层绝缘。然而，二极管D1的阴极接触通孔127(d)通过其侧面与堆叠件103的半导体层接触。
通孔127(d)将光敏二极管堆叠件的阴极层103c电连接到光敏二极管D1的阴极连接焊盘153。应当注意，由于堆叠件103的层103b和103a是很少掺杂或非掺杂的，所以通孔127(d)与所述层103b、103c之间的横向接触不会导致二极管D1短路。掺杂层103c确保了该器件的整个表面等电位。
图1G示出了在图1F的结构的上表面上形成金属化件的步骤结束时获得的结构。在该步骤形成的金属化件通过其下表面与介电层111的上表面以及下层的金属化件127或115接触。
在该步骤，例如，对于每个二极管D1，形成了金属化件129，该金属化件129将二极管D1的阳极接触通孔127(a)电连接到该二极管的阳极接触金属化件115。
此外，在该示例中，对于每个LED L1、L2、L3，形成了金属化件131，该金属化件131大致在LED的整个表面上延伸、对应于将来LED的阳极、通过其下表面与LED的阳极接触通孔127(b)接触。
此外，在该示例中，形成了LED的阴极接触金属化件133，该金属化件133通过其下表面与LED的阴极接触通孔127(c)接触。
金属化件129、131和131例如形成在同一金属液面中。作为示例，金属层首先被连续沉积在图1F的结构的整个上表面上方，然后通过光刻和刻蚀进行局部去除，同时保留金属化件129、131和131。
图1H示出了在图1G的结构的上表面上形成有机LED L1、L2、L3的步骤结束时获得的结构。
在该示例中，有机LED形成方法包括以下连续步骤：
i)将钝化层(141)沉积在图1G的结构的上表面上，然后将金属化件131和133前面的层141局部开口；
ii)将有源有机二极管层143(例如，由注入层、传输层和发射层的堆叠件形成)
沉积在LED L1、L2、L3的阳极131的顶部并与其接触；
iii)将LED L1、L2、L3的阴极145沉积在有源层143的顶部并与其上表面接触；以及
iv)将封装层147沉积在电极145的顶部并与其上表面接触。
在步骤i)沉积的层141例如是由聚合物材料(例如，树脂)制成的层。作为变型，层141可以由氧化硅制成。层141可以被连续沉积在图1G的结构的整个上表面上方，然后例如通过光刻和刻蚀进行局部去除以暴露出电极131和133。在该示例中，金属化件127(d)和129仍然被层141覆盖。此外，在该示例中，介电层111的暴露部分完全被层141覆盖。更具体地，在该示例中，按俯视来看，金属化件133和135中的每一个均由层141的一部分完全包围并与其它金属化件横向分离。
有源层143可以包括由光敏有机材料制成的单层或者形成光敏层的多个有机层的堆叠件。在该示例中，层143是宽光谱发射层，例如白光发射层。在该示例中，层143是非像素化的，也就是说，它在该器件的LED L1、L2、L3的阳极133前面连续延伸。在所示的示例中，层143没有在该器件的光敏二极管D1前面延伸。作为示例，有源层143可以通过荫罩蒸发来局部沉积。这三种颜色是分别连续沉积的，并且不需要提供滤色器。作为变型，层143可以大致在该器件的整个表面上方连续延伸，特别是在光敏二极管D1的前面。在这种情况下，层143可以例如通过旋涂来全部沉积在表面上方。优选地，层143不覆盖LED的阴极接触电极133。
阴极145例如在该器件的整个表面上方连续延伸。电极145优选地由透明导电材料制成，例如由诸如氧化铟锡(ITO)的透明导电氧化物制成。在该器件的外围，电极145通过其下表面与LED的阴极接触电极133的上表面接触。
封装层147旨在保护有源LED层143，特别是使其免受湿气和氧气。层147优选由电绝缘透明材料(例如，氧化铝)制成。层147例如在该器件的整个上表面上方连续延伸。其可以通过原子层沉积(ALD)来形成。
图1I示出了在在图1H的结构的上表面上形成滤波和/或颜色转换元件的步骤结束时获得的结构。
作为示例，由透明材料制成的(例如，由树脂制成的)平坦层151首先被沉积在图1H的结构的上表面上。在该示例中，层151通过其下表面与封装层147的上表面接触。层151具有大致平坦的上表面。
在该示例中，在光敏二极管D1前面形成了光学滤波器163，并且在LED L1、L2和L3前面分别形成了光学滤波器165-1、165-2、165-3。滤波器163例如适于截止可见辐射并主要让红外辐射通过。应当注意，滤波器163可被用于使入射光成形的光学元件(例如，微透镜)代替或与其结合。滤波器165-1、165-2、165-3例如适于主要让分别在三个不同波长范围内的可见辐射通过。作为示例，滤波器165-1、165-2、165-3适于主要让红光、绿光和蓝光通过。滤波器163、165-1、165-2、165-3例如是树脂滤波器。作为变型，滤波器165-1、165-2、165-3可用光致发光颜色转换元件代替。作为示例，有源层143是单色发射层，例如蓝光发射层。在这种情况下，元件165-1和元件165-2例如分别是适于将由有源层143发射的蓝光转换成红光的光致发光转换元件，以及适于将由有源层143发射的蓝光转换成绿光的光致发光元件。在这种配置中，可以省略元件165-3。因此，LED L1、L2和L3限定了三个发射像素，分别适于发射红光、绿光和蓝光。
因此，获得了一种器件，该器件包括一个或多个检测像素以及一个或多个发射像素，每个检测像素包括基于无机半导体材料的光敏二极管D1，每个发射像素包括有机LEDL1、L2、L3，检测像素和发射像素的组件由同一集成控制电路来控制。
应当注意，在上述示例中，有机有源层143对该器件的不同的发射像素是公共的，颜色的区别由具有不同像素的有机LED前面的滤波器或颜色转换元件来确保。作为变型，具有不同性质的有机有源层可被设置在具有不同像素的有机LED中，以形成在不同波长范围内直接发射的LED L1、L2、L3。在这种情况下，可以省略滤波器165-1、165-2、165-3。
此外，所描述的实施例不局限于包括适于分别在三个不同波长范围内发射的三种不同类型的发光像素的器件的上述具体示例。作为变型，该器件可以包括分别在不同波长范围内发射的两个或两个以上发射像素。在另一变型中，该器件可以是单色发射的，即包括单一类型的发射像素。在这种情况下，可以省略滤波器或颜色转换元件165-1、165-2、165-3。
此外，在上述示例中，该器件在接收模式下是单色的，也就是说，它包括在确定波长范围内敏感的单一类型的检测像素。作为变型，该器件可以包括适于在不同波长范围内测量辐射的多种类型的检测像素。然后，可以通过不同检测像素前面的不同性质的滤波器163来确保波长范围的区分。在另一变型中，在单色器件处于接收模式的情况下，可以省略光学滤波器163。
此外，在上述示例中，光敏二极管D1的阴极接触通孔127(d)对不同的二极管D1是公共的。作为变型，该器件可以包括每个光敏二极管D1的特定阴极接触通孔127(d)
类似地，在上述示例中，阴极145和阴极接触通孔127(c)对该器件的不同LED L1、L2、L3是公共的。作为变型，该器件可以包括每个LED的特定阴极145和/或特定阴极接触通孔127(c)。
在另一变型中，对器件的LED和光敏二极管所公共的单个阴极接触通孔可以设置在该器件的外围处，然后互相连接LED的阴极和光敏二极管的阴极。
结合图1A-1I描述的方法可用于形成兼备图像显示功能和光学捕捉功能的单片式微型显示器，例如，以形成适于实现面部或形状识别、运动检测、辨识等功能的交互式显示屏。所描述的方法的优点在于其使能形成小横向尺寸的显示像素和捕捉像素，因而获得高显示分辨率和捕捉分辨率。应当注意，在上述示例中，该器件包括巨像素(macropixel)，每个巨像素包括检测像素和三个发射像素，这三个发射像素适于分别在三个不同波长范围内发射。换言之，发射模式下器件的分辨率与接收模式下器件的分辨率相同。作为变型，显示器件的分辨率和光学传感器的分辨率可能会不同。特别地，同一波长范围内，检测像素的数目可以小于发射像素的数目。
作为变型，结合图1A-1I描述的方法可用于形成较大尺寸的交互式显示器件，例如用于电视、计算机、智能手机、数字平板电脑等的屏幕。这类器件可以包括例如根据阵列布局在同一转移衬底上布置的多个基本电子芯片。基本芯片被刚性地组装到转移衬底，并且被连接到转移衬底的电连接元件以用于其控制。每个芯片包括一个或多个LED L1、L2、L3，一个或多个光敏二极管D1以及用于控制所述一个或多个LED和所述一个或多个光敏二极管的电路151。每个芯片例如对应于器件的巨像素。作为示例，每个芯片包括三个单独可控的LED L1、L2、L3以及光敏二极管D1，三个LED L1、L2、L3各自限定了适于分别发射红光、绿光和蓝光的三个发射像素，而光敏二极管D1适于检测红外或近红外辐射，从而限定了检测像素。
图2A-2G是示出制造这类器件的方法的示例的连续步骤的截面图。
图2A非常示意性地示出了对应于通过图1A-1I的方法所获得的类型的结构的初始结构，包括集成控制电路级151，其顶部有光电探测级201，光电探测级201本身顶部有发射级203。光电探测级201包括可由集成电路151单独控制的多个光敏二极管D1(图2A-2G中未详示)。发射级包括可由集成电路151单独控制的多个LED L1、L2、L3(图2A-2G中未详示)。在图2A中，仅详细示出了在集成电路151的上表面侧上布置的集成电路151的电连接焊盘153。
图2B示出了将图2A的结构键合到临时支撑衬底210(例如，由硅制成)上的步骤。图2A的结构通过其与集成控制电路151相对的表面(即通过其在图2B取向上的下表面，对应于其在图2A取向上的上表面)键合到支撑衬底210。
图2C示出了使集成电路151的半导体衬底从其与级201和级203相对的表面减薄的可选步骤。作为示例，集成电路151最初形成在SOI(“绝缘体上的半导体”)类型的衬底内部和顶部。SOI衬底例如包括涂覆有绝缘层的硅支撑件，该绝缘层本身涂覆有单晶硅层(图中未详示)。在SOI衬底的单晶硅层的内部和顶部可以形成集成电路151的部件，特别是晶体管。图2C的减薄步骤可以包括将支撑衬底从SOI衬底中去除，以仅保留SOI衬底的单晶硅层和绝缘层。
作为变型，集成电路151形成在固体硅衬底的内部和顶部，然后减薄步骤可以包括例如通过研磨从其上衬底(在图2C的取向上)减少衬底厚度。然后，绝缘钝化层(图中未详示)可以被沉积在变薄的衬底的上表面上。
图2D示出了在集成电路151的上表面侧上形成金属连接焊盘221的步骤，金属连接焊盘221借助于穿过集成电路151的半导体衬底的导电通孔(图中未详示)被耦合到集成电路151的电子部件(例如MOS晶体管)的连接焊盘153和/或连接端子。焊盘221大部分耦合到电路内部的连接端子，焊盘221的数目实际上大于焊盘153的数目。
图2E示出了从集成电路151的上表面形成沟槽(trenches)230的步骤，沟槽230垂直地穿过集成电路151、检测级201和发射级203，并在临时支撑衬底210的上表面上冒出。沟槽230横向地界定多个半导体芯片232，其对应于显示器件像素的基本芯片。沟槽230可以通过等离子体刻蚀、通过锯切或通过任何其他适合的切割方法形成。
图2F和图2G示出了将基本芯片232键合到显示器件的同一转移衬底250的上表面上的步骤。转移衬底250在其上表面侧上包括多个金属连接焊盘252，其旨在与基本芯片232的相应金属连接焊盘221键合以及电连接和机械连接。
图2E的结构是上下颠倒的(图2F)，以将基本芯片232的金属连接焊盘221放置在转移衬底250的相应金属连接焊盘252前面。相对的焊盘221和252然后通过直接键合、直接焊接、借助于微型管、或直接任何其他适合的方法来键合和电连接。
一旦键合到转移衬底250，基本芯片232就与临时支撑衬底210分离，并且后者被去除(图2G)。作为示例，芯片的分离通过机械分离或借助于激光束的分离来执行。
在所示的示例中，基本芯片232在转移衬底250上的间距(pitch)(前视图中的中心到中心的距离)是基本芯片232在衬底上的间距的倍数。因此，只有基本芯片232的一部分(所示的示例中的二分之一)同时从临时支撑衬底210转移到转移衬底250。其他芯片232保持附接到临时转移衬底210，随后可以被转移到转移衬底250的另一部分上或在另一转移衬底250上。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些各种实施例和变型的某些特征可以进行组合，并且本领域技术人员将会想到其他变型。特别地，所描述的实施例不局限于本公开中提到的材料和/或尺寸的示例。
此外，在结合图1A-1I描述的示例中，在将有源光敏二极管堆叠件103转移到集成控制电路151上之后，形成了光敏二极管的阳极区域113和阳极金属化件115。作为图中未详示的变型，在将有源光敏二极管堆叠件103转移到有源LED堆叠件113上之前，也可以形成光敏二极管的阳极区域113和阳极金属化件115。在这种情况下，堆叠件103各层的顺序相对于图1A的示例是反转的。优点在于使区域113的掺杂剂的激活退火可以在将堆叠件103转移到集成电路151上之前执行，这避免了在退火期间电路151或者堆叠件103与电路151之间的键合的任何退化。
图3示意性地示出了根据实施例的包括光电器件300的系统的示例。
器件300可以是单片式微型显示器类型的器件，例如，通过结合图1A-1I描述的类型的方法来形成。
作为变型，器件300可以是较大尺寸的器件，例如，通过结合图2A-2G描述的类型的方法来形成。
器件300兼备图像显示功能和光学捕捉功能，例如，以形成适于实现面部或形状识别、运动检测、辨识等功能的交互式显示屏。
图3的系统还包括光源310。源310适于发射在器件300的光敏二极管D1(图3中未详示)的灵敏度范围内的光辐射。作为示例，源310是红外源，例如激光源。
在操作中，源310照亮场景320，该场景320的图像是期望采集的。由源310发射的光被场景320反射并返回到器件300。然后，器件300的光敏二极管D1使能采集场景320的图像和/或测量与场景320相关的深度信息。
在图3的示例中，光源310是远程源，也就是说，其与器件300截然不同。光源310的控制和器件300的检测像素的控制例如是同步的。
图4是示意性且部分地示出根据实施例的光电器件的另一示例的截面图。
在该示例中，光电器件集成了在光电二极管D1的灵敏度范围内发射的分布式光源，例如红外源。这使能去掉图3中系统的远程源310。
图4的器件包括与图1I的器件共同的元件。这些元件在下文将不再赘述，并且将仅强调相对于图1I的器件的不同之处。
在该示例中，有源层143是单色发射层。更具体地，在该示例中，有源层143是蓝光发射层。然而，所描述的实施例不局限于此具体示例。本领域技术人员将能够使结合图4描述的实施例的示例适于有源层143的其他发射颜色。
在图4的示例中，元件165-1是适于将由有源层143发射的蓝光转换成红光的光致发光转换元件，并且元件165-2是适于将由有源层143发射的蓝光转换成绿光的光致发光元件。在该示例中，省略了元件165-3。因此，LED L1、L2和L3分别限定了红光发射像素、绿光发射像素和蓝光发射像素。
在图4的示例中，该器件还包括单独可控的第四有机LED L4，例如与有机LED L1、L2和L3相同或相似。LED L4的顶部有光致发光元件167，其适于将由有源层143发射的蓝光转换成具有光敏二极管D1的检测范围内的波长的光辐射，例如红外辐射。
因此，LED L4限定了光源的发射像素，该光源适于与光敏二极管D1协作并且取代图3中系统的源310。
如前所述，图4的器件可以是单片式微型显示器类型的器件，或者是较大尺寸的器件像素。
有机LED L4的数目和重复间距可以根据应用的需要来选择。例如，可以提供每个可见发射像素的一个LED L4，或每个光敏二极管D1的一个LED D4，或不同的分布。例如，器件可以包括比可见LED L1、L2或L3更少的LED L4。优选地，最终器件(单片式微型显示器或扩展器件)包括在器件的表面上方分布的多个LED L4。
顶部有LED L1和L2的转换元件165-1、165-2和167例如是基于量子点或基于钙钛矿材料来形成的。基于钙钛矿材料的转换元件例如通过脉冲激光沉积(PLD)来沉积。

Claims (19)

1.一种光电器件制造方法，包括以下连续步骤：
a)将有源无机光敏二极管堆叠件(103)转移到先前形成在第一半导体衬底的内部和顶部的集成控制电路(151)上；以及
b)将多个有机发光二极管(L1、L2、L3；L4)形成在有源光敏二极管堆叠件上。
其中，在步骤a)结束时，所述有源光敏二极管堆叠件(103)在控制电路(151)的整个表面上方连续延伸，
所述方法还包括：在步骤a)之后和步骤b)之前，形成穿过所述有源光敏二极管堆叠件(103)并在所述集成控制电路(151)的金属连接焊盘(153)冒出的导电接触通孔(127(a)、127(b)、127(c)、127(d))，
并且其中，在步骤b)结束时，有机发光二极管(L1、L2、L3；L4)经由所述导电通孔连接到所述集成控制电路(151)。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：将多个光敏二极管(D1)形成在所述有源光敏二极管堆叠件(103)中。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤a)，通过将先前沉积在所述有源光敏二极管堆叠件(103)上的介电层(105)与先前沉积在所述集成控制电路(151)上的介电层(155)直接键合，所述有源光敏二极管堆叠件(103)被固定到所述集成控制电路(151)。
4.根据权利要求1所述的方法，包括：在步骤b)之后，将光学滤波器或颜色转换元件(165-1、165-2、165-3)形成在所述有机发光二极管(L1、L2、L3；L4)之上。
5.根据权利要求2所述的方法，包括：在步骤b)之后，将光学滤波器或颜色转换元件(165-1、165-2、165-3)形成在所述有机发光二极管(L1、L2、L3；L4)之上，其中，所述有机发光二极管(L1、L2、L3；L4)是相同颜色的单色二极管，所述有机发光二极管中的至少一个(L1、L2)的顶部有光致发光转换元件(165-1、165-2)，其适于将由二极管发射的光转换成可见波长；并且所述有机发光二极管(L4)中的至少另一个(L4)的顶部有光致发光转换元件(167)，其适于将由二极管发射的光转换成由所述光敏二极管(D1)检测到的波长范围内的光辐射，所述光辐射优选为红外辐射。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述有机发光二极管中的至少一个(L3)的顶部没有光致发光转换元件。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述有机发光二极管(L1、L2、L3；L4)适于主要发射蓝光。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述光致发光转换元件(165-1、165-2、167)是基于量子点或钙钛矿材料来形成的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有源光敏二极管堆叠件(103)包括由III-V族材料制成的至少一个半导体层。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有源光敏二极管堆叠件(103)包括：第一半导体层(103a)、第二半导体层(103b)和第三半导体层(103c)，第二层(103b)布置在第一层(103a)与第三层(103c)之间，并且第三层在步骤a)结束时布置在所述集成控制电路(151)的一侧上。
11.根据权利要求10所述的方法，包括：对所述第一层(103a)的局部部分(125)进行P型掺杂的步骤，所述部分限定了所述器件的光敏二极管(D1)的阳极区域。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，对所述第一层(103a)的局部部分(125)进行P型掺杂的所述步骤在步骤a)之后且步骤b)之前实施。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：在对所述第一层(103a)的局部部分(113)进行P型掺杂的所述步骤之后且步骤b)之前，将连接金属化件(115)形成在第一层(103a)的所述局部部分(125)的顶部并与其接触的步骤。
14.根据权利要求1所述的方法，包括：在步骤b)之后，将临时支撑衬底(210)键合到所述器件与所述集成电路(151)相对的表面一侧上的步骤，接着是将包括所述集成电路(151)、所述有源光敏二极管堆叠件(103)和所述有机发光二极管(L1、L2、L3；L4)的组件切割成多个基本芯片(232)的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：将所述基本芯片(232)转移并键合到所述器件的转移衬底(250)上的步骤，接着是去除所述临时支撑衬底(210)的步骤。
16.一种显示器件，包括转移衬底(250)和多个基本芯片(232)，所述基本芯片(232)键合并电连接到所述转移衬底(250)，每个基本芯片(232)包括通过根据权利要求1所述的方法而形成的光电器件，每个基本芯片(232)的所述集成控制电路(151)布置在所述转移衬底(250)的一侧上。
17.一种系统，包括根据权利要求16所述的显示器件(300)以及光源，所述光源适于发射由所述无机光敏二极管(D1)检测到的波长范围内的光辐射，所述光辐射优选为红外辐射。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述光源是远程源(310)。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述光源被集成到所述显示器件(300)，并且包括所述显示器件(300)的基本芯片(232)的至少一个有机发光二极管(L4)。
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