CN116325185A - 包括发光二极管的彩色显示光电设备 - Google Patents

包括发光二极管的彩色显示光电设备 Download PDF

Info

Publication number
CN116325185A
CN116325185A CN202180066524.9A CN202180066524A CN116325185A CN 116325185 A CN116325185 A CN 116325185A CN 202180066524 A CN202180066524 A CN 202180066524A CN 116325185 A CN116325185 A CN 116325185A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light emitting
diameter
emitting diodes
optoelectronic device
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180066524.9A
Other languages
English (en)
Inventor
迈赫迪·达努内
沃尔夫·奇哈维
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aledia
Original Assignee
Aledia
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aledia filed Critical Aledia
Publication of CN116325185A publication Critical patent/CN116325185A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H01L33/18—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

本说明书涉及一种光电设备(10)，其包括具有轴向配置的第一三维发光二极管、第二三维发光二极管和第三三维发光二极管。每个发光二极管包括半导体元件(20、22、24)和位于半导体元件上的有源区。每个半导体元件对应于微米线、纳米线、纳米或微米范围的圆锥形或截头圆锥形元件。第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管被配置为分别以第一波长、第二波长和第三波长发射第一辐射、第二辐射和第三辐射。第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的半导体元件分别具有第一直径、第二直径和第三直径(D1，D2，D3)。第一直径(D1)小于第二直径(D2)，并且第二直径(D2)小于第三直径(D3)，第一波长大于第三波长，并且第二波长大于第一波长。

Description

包括发光二极管的彩色显示光电设备
本专利申请要求法国专利申请FR20/09895的优先权，该申请通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及包括纳米线或微米线类型的三维半导体元件的光电设备及其制造方法，并且更具体地涉及能够显示图像的光电设备，特别是显示屏或图像投影设备。
背景技术
图像的像素对应于光电设备显示或捕获的图像的单位元素。对于彩色图像的显示，光电设备通常包括用于图像的每个像素的显示的至少三个部件，也被称为显示子像素，每个组件基本上以单一颜色(例如，红色、绿色和蓝色)发射光辐射。由三个显示子像素发射的辐射的叠加为观察者提供了对应于显示图像的像素的彩色感觉。在这种情况下，由用于显示图像的像素的三个显示子像素形成的组件被称为光电设备的显示像素。
存在包括基于III-V化合物的纳米线或微米线型的三维半导体元件的光电设备，其能够形成所谓的三维发光二极管。发光二极管包括有源区，该有源区是发光二极管的由发光二极管提供的大部分电磁辐射从其发射的区域。三维发光二极管可以以所谓的径向配置(也被称为核/壳配置)形成，其中有源区被形成在三维半导体元件的外围。它也可以以所谓的轴向配置形成，其中有源区不覆盖三维半导体元件的外围，而是基本上沿着纵向外延生长轴延伸。
轴向配置中的三维发光二极管的发射表面积小于径向配置中的发光二极管的发射表面积，但具有由结晶质量更好的半导体材料制成的优点，从而提供更高的内部量子效率，特别是由于半导体层之间的界面处的应力的更好松弛。
已知用光致发光材料覆盖发光二极管，该材料能够将有源区发射的电磁辐射转换为不同波长的电磁辐射，特别是更高波长的电磁波。然而，这种光致发光材料可能具有高成本，具有低转换效率，并且具有随时间退化的性能。
因此，希望能够形成包括发光二极管的光电设备，该发光二极管被配置为直接发射三种不同颜色的辐射，以获得彩色显示，而不使用光致发光材料。
此外，制造基于III-V化合物的轴向型三维发光二极管的有源区的方法的工业开发是一项棘手的操作。已知通过使用不同直径的半导体元件同时形成发光二极管，然而发射不同颜色的辐射，由有源区发射的辐射的波长特别取决于半导体元件的直径和半导体元件之间的距离，波长理论上随着半导体元件的直径而减小。然而，可能难以形成以蓝色发射的发光二极管，这将对应于具有太小直径而不能与工业规模处的制造方法兼容的半导体元件。
发明内容
因此，实施例的目的在于至少部分克服前述包括发光二极管的光电设备的缺点。
实施例的另一个目的是每个发光二极管的有源区包括基于III-V化合物的半导体材料层的堆叠。
实施例的另一个目的是光电设备包括发光二极管，该发光二极管被配置为发射三种不同颜色的光辐射，而不使用光致发光材料。
实施例的另一个目的是光电设备包括发光二极管，该发光二极管被配置为发射三种不同颜色的光辐射，并且其同时被制造。
一个实施例提供了一种光电设备，包括具有轴向配置的第一、第二和第三三维发光二极管，每个发光二极管包括半导体元件和位于半导体元件上的有源区，每个半导体元件对应于微米线、纳米线、纳米或微米范围的圆锥形元件，或纳米或微米范围的截头圆锥形元件，第一发光二极管被配置为以第一波长发射第一辐射，第一发光二极管的半导体元件具有第一直径，第二发光二极管被配置为以第二波长发射第二辐射，第二发光二极管的半导体元件具有第二直径，以及第三发光二极管被配置为以第三波长发射第三辐射，第三发光二极管的半导体元件具有第三直径，第一直径小于第二直径，并且第二直径小于第三直径，第一波长大于第三波长，并且第二波长大于第一波长。
根据一个实施例，第一直径在80nm至150nm之间变化。
根据一个实施例，第二直径在200nm至350nm之间变化。
根据一个实施例，第三直径在370nm至500nm之间变化。
根据一个实施例，第一波长在510nm至570nm的范围内。
根据一个实施例，第二波长在600nm至720nm的范围内。
根据一个实施例，第三波长在430nm至490nm的范围内。
根据一个实施例，该设备包括键合到第二电子电路的第一光电电路，第二电子电路包括导电垫，第一光电电路包括像素，并且对于每个像素，包括：
-第一导电层；
-对于第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管中的每一个，所述半导体元件垂直于第一导电层延伸，并且与第一导电层接触，并且有源区位于半导体元件的与第一电传导层相对的端部上；以及
-电耦合到导电垫的第二、第三、第四和第五导电层，第二导电层被耦合到第一发光二极管的有源区，第三导电层被耦合到第二发光二极管的有源区，第四导电层被耦合到第三发光二极管的有源区，以及第五导电层被耦合到第一导电层。
根据一个实施例，每个有源区包括单个量子阱或多个量子阱。
根据一个实施例，半导体元件和有源区由III-V化合物制成。
根据一个实施例，第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的半导体元件通过MOCVD形成。
根据一个实施例，第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的有源区通过MBE形成。
根据一个实施例，第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的半导体元件位于衬底上，并与适于第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的半导体元件外延生长的材料接触。
根据一个实施例，第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管形成单片结构。
实施例还提供了一种制造如先前定义的光电设备的方法，包括以下连续步骤：
-同时形成第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的半导体元件；以及
-在第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的半导体元件上同时形成第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的有源区。
根据一个实施例，该方法包括以下连续步骤：
-在支撑件上同时形成第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的半导体元件，以及在第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的半导体元件上形成第一发光二极管、第二发光二极体和第三发光二极管的有源区；
-在第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的三维半导体元件之间形成电绝缘层；以及
-去除支撑件。
附图说明
前述特征和优点以及其他特征和优点将在以下参考附图以说明而非限制的方式给出具体实施例的描述中进行详细描述，其中：
图1是包括微米线或纳米线的光电设备的实施例的局部简化截面图；
图2是图1的部分的详细视图；
图3是通过测试获得的轴向发光二极管发射的辐射的中心波长根据发光二极管直径变化的曲线；
图4显示了示出能够用图1的光电设备获得的色域的色度图，；
图5显示了通过测试获得的光强度根据图1的光电设备的三个发光二极管发射的辐射的波长变化的曲线；
图6是示出图1的光电设备的操作的局部简化截面图；
图7A示出了制造图1中所示的光电设备的方法的实施例的步骤；
图7B示出了该方法的另一步骤；
图7C示出了该方法的另一步骤；
图7D示出了该方法的另一步骤；
图7E示出了该方法的另一步骤；
图7F示出了该方法的另一步骤；
图7G示出了该方法的另一步骤；
图7H示出了该方法的另一步骤；
图7I示出了该方法的另一步骤；
图7J示出了该方法的另一步骤；
图7K示出了该方法的另一步骤；
图7L示出了该方法的另一步骤；
图7M示出了该方法的另一步骤；以及
图7N示出了该方法的另一步骤。
具体实施方式
在各个附图中，相同的特征由相同的附图标记指定。特别是，各种实施例中共同的结构和/或功能特征可能具有相同的附图标记，并且可能设置相同的结构、尺寸和材料属性。为了清楚起见，仅详细示出和描述了对理解本文描述的实施例有用的步骤和元件。特别地，用于控制光电设备的发光二极管的设备是众所周知的，并且将不描述。
在以下描述中，当提及限定绝对位置(诸如术语“前”、“后”、“顶”、“底”、“左”、“右”等)或相对位置(诸如术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等)的术语，或限定方向(诸如术语“水平”、“垂直”等)的术语时，它是指附图的方向或处于正常使用位置的光电设备。
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，并且当提及耦合到一起的两元件时，这表示这两个元件可以被连接，或它们可以经由一个或多个其他元件被耦合。
除非另有规定，否则表述“大概”、“近似”、“大致”和“大约”表示在10％以内，并且优选地在5％以内。此外，除非另有规定，否则表述“绝缘”表示“电绝缘”，以及表述“导电”表示“电导”。在下面的描述中，层的内部透射率对应于从该层出来的辐射强度与进入该层的辐射强度之比。该层的吸收等于1和内部透射率之差。在下面的描述中，当通过层的辐射吸收小于60％时，该层被称为对辐射透明。在下面的描述中，当层中的辐射吸收高于60％时，该层被称为对辐射吸收。当辐射表现出具有一个最大值的通常为“钟”形(例如，高斯形状)的光谱时，，辐射的波长，或辐射的中心波长或主波长，表示达到光谱最大值的波长。在下面的描述中，材料的折射率对应于由光电设备发射的辐射的波长范围内的材料折射率。除非另有规定，否则折射率被认为在有用辐射的波长范围内是基本恒定的，例如，等于光电设备发射的辐射的波长范围内的折射率的平均值。
本申请特别涉及包括发光二极管的光电设备，发光二极管包括三维元件，例如，微米线、纳米线、纳米或微米范围的锥形元件，或者纳米或微米范围的截头圆锥元件。特别地，锥形或截头锥形元件可以是圆锥形或截头圆锥形元件或者棱锥形或截头锥形元件。在下面的描述中，具体地针对包括微米线或纳米线的电子设备描述了实施例。然而，这种实施例可以被实施用于除了微米线或纳米线之外的三维元件，例如，圆锥形或截头圆锥形三维元件。
术语“微米线”、“纳米线”、“圆锥形元件”或“截头圆锥形元件”表示三维结构，其具有沿优选方向拉长的形状，具有至少两个维度，被称为次要维度，范围为5nm至2.5μm，优选地为50nm至1μm，更优选地为30nm至300nm，第三维度，被称为主要维度，大于或等于最大次要维度的1倍，优选地大于或等于5倍，例如，在1μm至5μm的范围内。
在以下描述中，术语“线”被用于表示“微米线”或“纳米线”。优选地，在垂直于导线的优选方向的平面中，穿过横截面重心的线的中线基本上是直线的，并且在下文中被称为导线的“轴”。导线直径在此被定义为与横截面水平处的导线的周长相关联的量。这可以是具有与导线横截面相同的表面的圆盘的直径。局部直径(在下文中也被称为直径)是沿着导线轴线在其给定高度水平处的导线直径。平均直径是沿着导线或其一部分的局部直径的平均值，例如算术平均值。
根据一个实施例，如前所述，每个轴向型发光二极管包括导线和导线上部的有源区。有源区是发射由发光二极管提供的大部分辐射的区域。有源区可以包括限制装置。有源区可以包括一个量子阱、两个量子阱或多个量子阱，每个量子阱被插在两个势垒层之间，量子阱的带隙能量小于势垒层的带隙能。有源区可以包括由三元化合物制成的一个或多个量子阱，该三元化合物包括导线的III族和V族元素以及附加的III族元素。由有源区发射的辐射的长度取决于附加的III族元素的掺入比例。例如，导线可以由GaN制成，并且一个或多个量子阱可以由InGaN制成。因此，由有源区发射的辐射的长度取决于In的掺入比例。
已知，附加III族元素的比例根据导线直径而变化。然而，迄今为止提及这种变化的文献描述了根据导线直径增加附加III族元素的比例，并且因此增加了由包括这种导线的轴向型发光二极管发射的辐射的波长。
发明人已经表明，可以观察到第一、第二和第三连续直径范围，当导线直径在第一直径范围内增加时，由发光二极管发射的辐射的波长增加，当导线直径在第二直径范围内增加时，由发光二极管发射的辐射的波长减小，以及当导线直径在第三直径范围内增加时，由发光二极管发射的辐射的波长停滞。
通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)形成的导线和通常通过分子束外延(MBE)形成的有源区，已经有利地获得了这些结果。
前述方法可以被实施以制造能够显示图像的光电设备，特别是显示屏幕或图像投影设备。特别地，前述方法可以被实施以制造不同平均直径的导线，例如，具有小平均直径的第一导线、具有中间直径的第二导线和具有大平均直径的第三导线。形成在第一、第二和第三导线上的有源区将发射不同波长的辐射。特别地，具有小平均直径的第一导线将以第一中心波长发射辐射，具有中间平均直径的第二导线将以第二中心波长发射辐射，以及具有中间平均直径的第三导线将以第三中心波长发射辐射，第二波长大于第一波长，并且第三波长小于第一波长。然后可以制造彩色显示屏幕。
与能够通过MBE获得的导线相比，通过MOCVD形成导线有利地能够获得具有较少缺陷的导线，特别是没有缺陷的导线。通过MOCVD形成导线有利地能够获得导线的快速生长。它还能够容易地获得直径符合根据本发明实施的直径-波长变化曲线的导线。与MOCVD方法相比，MBE方法有利地能够将更大比例的附加III族元素掺入到量子阱中。
此外，有源区仅形成在导线的上部，而不形成在导线的侧面的事实有利地使有源区仅在c平面或半极性平面上形成，而不在m平面上形成。与有源区在m平面上生长的情况相比，这有利地使得能够将更大比例的附加III族元素掺入到量子阱中。
图1是光电设备10的局部简化截面图，光电设备10由如前所述的导线形成，并能够发射电磁辐射。根据一个实施例，提供了包括至少两个集成电路12和14(也被称为芯片)的光电设备10。第一集成电路12包括发光二极管。第二集成电路14包括用于控制第一集成电路12的发光二极管的电子部件，特别是晶体管。第一集成电路12例如通过分子键合或通过“倒装芯片”型键合，特别是球或微管“倒装芯片”方法被键合到第二集成电路。第一集成电路12在下面的描述中被称为光电电路或光电芯片，并且第二集成电路14在下面的描述中被称为控制电路或控制芯片。
优选地，光电芯片12仅包括发光二极管和这些发光二极管的连接元件，并且控制芯片14包括控制光电芯片的发光二极管所需的所有电子部件。作为变体，除了发光二极管之外，光电芯片12还可以包括其他电子部件。
图1在其左侧部分显示了用于显示像素的光电芯片12的元件，该结构对每个显示像素重复，并且在其右侧部分显示了与显示像素相邻并且可能为多个显示像素共有的元件。
光电芯片12在图1中自上而下包括：
-电绝缘层16，其对由发光二极管发射的电磁辐射至少部分透明，并且其限定了表面17；
-导电层18，其对由发光二极管发射的电磁辐射至少部分透明；
-直径为D1的第一导线20(示出了三根第一导线)、直径为D2的第二导线22(示出了三根第二导线)和直径为D3的第三导线24(示出了三根第三导线)，第一、第二和第三导线具有彼此平行并垂直于表面17的轴线，从导电层18延伸并与导电层18接触，直径D1小于直径D2，并且直径D2小于直径D3；
-在与导电层18相对的每个第一导线20的端部处的第一头部26，在与导电层18相对的每个第二导线22的端部处的第二头部28，以及在与导电层18相对的每个第三导线24的端部处的第三头部30；
-由导线20、22、24之间的第一电绝缘材料制成的电绝缘层32，其厚度基本上等于沿着导线的轴线测量的导线20、20、24和相关联的头部26、28、30的高度H的总和；
-第二电绝缘材料的电绝缘层34，其可以不同于第一绝缘材料或与第一绝缘材料相同，围绕第一绝缘层32延伸并且具有与绝缘层32相同的厚度；
-开口36，其延伸穿过绝缘层34横跨绝缘层34的整个厚度；
-导电层38，其在开口36中延伸并与导电层18接触；
-不同的导电层42、44、46、48，导电层42与第一头部26接触，导电层44与第二头部28接触，导电层46与第三头部30接触，并且导电层48与导电层38接触；
-电绝缘层50，其覆盖导电层42、44、46和48，并在导电层42，44，46和48之间延伸，并界定表面51，优选地基本上为平面；以及
-导电垫52、54、56、58能够具有多层结构，延伸穿过绝缘层50并与表面51齐平，导电垫52与导电层42接触，导电垫54与导电层44接触，导电垫56与导电层46接触，并且导电垫58与导电层48接触。
控制芯片14特别包括在光电芯片12的侧面上的电绝缘层60，电绝缘层60界定表面61，优选地基本上是平面，以及与表面61齐平的导电垫62，导电垫62被电耦合到导电垫52、54、56、58。在控制芯片14通过分子键合被键合到光电芯片12的情况下，导电垫62可以与导电垫52、54、56、58接触。在控制芯片14通过“倒装芯片”型键合被键合到光电芯片12的情况下，焊球或微管可以被插入导电垫62和导电垫52、54、56、58之间。
由每根导线20、22、24和相关头部26、28、30形成的组件在轴向配置中形成了导线形的基本发光二极管。
图2是发光二极管的头部26的更详细实施例的局部简化截面图。头部28和30可以具有类似的结构。
头部26在图2中自上而下包括：
-可能是半导体层70，也被称为半导体帽，由与导线20相同的材料制成并掺杂有第一导电类型，例如N型，覆盖导线20的上端72并具有上表面74；
-覆盖半导体层70的表面74的有源区76；以及
-覆盖有源区76并包括至少一个半导体层80的半导体堆叠78，其具有与导线20的导电类型相反的导电类型，覆盖有源区74。
每个导线20、22、24和每个半导体层70、80至少部分地由至少一种半导体材料形成。根据一个实施例，半导体材料选自包括III-V化合物的组，例如III-N化合物。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与不同的摩尔分数组合。导线20、22、24和/或半导体层70、80的半导体材料可以包括掺杂剂，例如，确保III-N化合物的N型掺杂的硅，或确保III-N化合物的P型掺杂的镁。
堆叠78还可以包括有源区76和半导体层80之间的电子阻挡层82，以及在有源区76的相对侧覆盖半导体层80的接合层84，接合层84被导电层42覆盖。接合层84可以由与半导体层80相同的半导体材料制成，具有与半导体层80相同的导电类型，但具有更大的掺杂剂浓度。接合层84能够在半导体层80和导电垫42之间形成欧姆接触。
有源区76是发射由发光二极管提供的大部分辐射的区域。根据一个示例，有源区76可以包括限制装置。有源区76可以包括至少一个量子阱，该量子阱包括具有比半导体层70和半导体层80的带隙能量小的带隙能量的附加半导体材料层，优选地插在两个势垒层之间，从而改善电荷载流子的限制。附加半导体材料可以包括掺杂半导体层70、80的III-V化合物，掺杂半导体层70、80具有至少一种掺入其中的附加元素。作为示例，在由GaN制成的导线20、22、24的情况下，形成量子阱的附加材料优选为InGaN。有源区76可以由单个量子阱或多个量子阱制成。
根据优选实施例，每根导线20、22、24由GaN制成。半导体层70可以由GaN制成，并且掺杂有第一导电类型，例如N型，特别是掺杂有硅。沿着轴线C测量的导电层70的高度可以在10nm至1μm的范围内，例如，在20nm至200nm的范围内。有源区76可以包括例如由InGaN制成的单个或多个量子阱。有源区76可以包括在半导体层70、80之间延伸的单个量子阱。作为变体，它可以包括多个量子阱，并且然后由量子阱86(例如由InGaN制成)和势垒层88(例如由GaN制成)沿着轴线C交替形成，图2中作为示例示出了三个GaN层88和两个InGaN层86。GaN层88可以例如是N型或P型掺杂的或非掺杂的。沿着轴线C测量的有源区76的厚度可以在2nm至100nm的范围内。导电层80可以由GaN制成，并且掺杂有与第一类型相反的第二导电类型，例如P型，特别是掺杂有镁。半导体层80的厚度可以在20nm至100nm的范围内。当存在电子阻挡层82时，它可以由GaN或三元III-N化合物制成，例如AlGaN或AlInN，有利地为P型掺杂。这使得能够增加有源区76中的辐射组合率。电子阻挡层82的厚度可以在10nm至50nm的范围内。电子阻挡层82可以对应于InAlGaN或AlGaN和GaN层的超晶格，每个层例如具有2nm厚度。
已经进行了测试。对于测试，导线20由GaN制成。有源区76各自由被GaN层分隔开的InGaN制成的七个量子阱组成。已经通过MCVD形成了导线20，并且已经通过MBE形成了有源区76。已经测量了由有源区76发射的辐射的波长以及导线20的直径。
图3收集了这些测试的结果。纵坐标轴显示由有源区76发射的辐射的中心波长λ(以纳米表示)，以及横坐标轴显示导线20的直径D(以纳米表达)。第一系列测试的结果在图3中用白色圆圈表示，以及第二系列测试的结果在图3中用黑色圆圈表示。曲线CT是波长λ根据直径D的变化曲线，通过三次样条回归从第一测试和第二测试中获得的值获得。水平线R、G和B分别对应于红色、绿色和蓝色。
作为对比，黑色菱形显示了Kishino等人题为“Monolithic integration offour-colour InGaN-based nanocolumn LEDs”(Elec Letters，2015年5月28日，第51卷，第852-854页)的出版物中公开的结果，以及包含十字的六边形显示了Mi等人题为“Tunable,Full-Color Nanowire Light Emitting Diode Arrays Monolithically Integrated onSi and Sapphire”(Proc.of SPIE第9748+卷，2016)的出版物中公开的结果。用GaN线和具有单个InGaN量子阱的有源区获得了比较结果。此外，对于Mi等人和Kishino等人的出版物，通过MBE形成了导线和有源区。对于比较结果，可以观察到发射的辐射的波长随着导线直径的增加而增加。已知当一个或多个量子阱中铟的比例增加时，由有源区发射的辐射的波长增加。因此，比较结果表明，当导线直径增加时，单量子阱中铟的比例增加。
通过MOCVD形成的导线能够形成比MBE通常实现的直径更大的导线，因此在通过MBE形成有源区之后，意外地观察到变化曲线CT连续包括第一上升部分C1，对于该第一上升部分C1，发射的辐射的波长随着导线的直径而增加；第二下降部分C2，对于该第二下降部分C2，发射的辐射的波长随导线的直径而减小；以及第三基本恒定部分C3，对于该第三基本恒定部分C3，发射的辐射的波长随着导线的直径变化很小。
根据一个实施例，对于在大约50nm至大约300nm的第一范围P1内变化的导线直径，获得第一上升部分C1。在第一上升部分上发射的辐射的波长从大约510nm增加到大约675nm。根据一个实施例，对于在从大约300nm到大约375nm的第二范围P2中变化的导线直径，获得第二下降部分C2。在第二下降部分上发射的辐射的波长从大约675nm减小到大约475nm。根据一个实施例，对于从大约375nm到大约550nm的第三范围P3中的导线直径，获得第三恒定部分C3。在第三恒定部分上发射的辐射的波长在大约460nm和490nm之间变化。如图3所示，以蓝色发光的发光二极管可以被形成为具有第三范围P3中的直径，并且以绿色和红色发光的发光二极体可以被形成为具有第一范围P1中的直径。以绿色发光的发光二极管可以被形成为具有第二范围P2中的直径。然而，在实践中，根据直径获得的波长的可变性对于工业规模的应用来说可能太高。
通过形成具有小直径D1的导线20的第一发光二极管、具有中等直径D2的导线22的第二发光二极管和具有大直径D3的导线24的第三发光二极管，形成显示像素。
图4显示了XY色度图，其中第一测试和第二测试的结果用黑色圆圈表示。通过选择辐射对应于最接近色度图“顶点”的圆圈DR、DG和DB的发光二极管来形成显示子像素，可以显示图像像素，其颜色可以通过组合对应于圆圈DR、DG和DB的颜色来获得。对于圆圈DR，直径约等于200nm-250nm。对于圆圈DG，直径约等于100nm-150nm。对于圆圈DB，直径大于或等于约370nm。似乎可以达到色度图的大部分。
图5显示了根据对应于图4中圆圈DR、DG和DB的发光二极管分别发射的辐射波长λ(以纳米(nm)表示)，以任意单位(a.u.)表示的光强度I的曲线CR、CG和CB。如该附图所示，这些发光二极管的辐射光谱相对较窄。
图6示出了图3中曲线CT变化的可能解释。图6非常示意性地显示了三根导线20、22、24，没有显示相关联的有源区76、半导体堆叠78和导电层42、44和46。每根导线20、22、24的上部可以包括c平面(垂直于轴线c的表面90)和/或半极性平面(相对于轴线c倾斜的表面92)。有源区76可能覆盖c平面和/或半极性平面。覆盖c平面的有源区76的部分的光学特性与覆盖半极性平面的有源区76的部分的光学特性不同。特别地，附加元件掺入到覆盖c平面的有源区76的部分中的最大速率大于附加元件到掺入到覆盖半极性平面的有源区76的部分中的最大速率。对图3的曲线CT的变化的解释如下：在直径的第一范围P1中，在由有源区76发射的总辐射中，位于c平面上的有源区76的部分的贡献比位于半极性平面上的有源区76的部分的贡献更大。因此，可以观察到总辐射的波长随着导线直径的增加。在直径的第二范围P2中，位于c平面上的有源区76的部分的总辐射的贡献的意义和位于半极性平面上的有源区76的部分的总辐射的贡献的意义是相反的，并且由于铟到位于半极性平面上的有源区76的部分中的掺入减少，所以总辐射的中心波长下降。在直径的第三范围P3中，在由有源区76发射的总辐射中，位于半极性平面上的有源区76的部分的贡献超过位于c平面上的有源区76的部分的贡献，这导致发射辐射的中心波长的停滞。
再次考虑图1，根据一个实施例，光电设备10的每个显示像素包括至少三种类型的发光二极管。根据一个实施例，第一类型的发光二极管(例如包括导线20和头部26)适于以第一中心波长发射第一辐射。第二类型的发光二极管(例如包括导线22和头部28)适于以第二中心波长发射第二辐射。第三类型的发光二极管(例如包括导线24和头部30)适于以第三中心波长发射第三辐射。第一、第二和第三中心波长是不同的。
根据一个实施例，第一波长对应于绿光，并且在510nm至550nm的范围内。根据一个实施例，第一直径D1从80nm到150nm变化。根据一个实施例，第二波长对应于红光，并且在600nm至720nm的范围内。根据一个实施例，第二直径D2从200nm到350nm变化。根据一个实施例，第三波长对应于蓝光，并且在430nm至490nm的范围内。根据一个实施例，第三直径D3从370nm到500nm变化。有利的是，如图3所示，在直径等于大约400nm以上，由有源区76发射的辐射的波长对导线直径几乎不敏感。
根据一个实施例，每个显示像素Pix包括第四类型的发光二极管，第四类型发光二极管适于以第四波长发射第四辐射。第一、第二、第三和第四波长可以是不同的。根据一个实施例，第四波长对应于黄光并且在570nm至600nm的范围内，或者对应于青色并且在490nm至510nm的范围内，或者通常对应于除第一、第二和第三辐射之外的任何其他颜色。
根据一个实施例，对于每个显示像素，具有相同直径导线的基本发光二极管具有公共电极，并且当在导电层18和导电层42、44或46之间施加电压时，由这些基本发光二极管的有源区发射光辐射。
在本实施例中，由每个发光二极管发射的电磁辐射通过表面17从光电设备12逸出。优选地，每个导电层42、44、46都是反射性的，并且有利地能够增加由发光二极管发射的辐射的比例，该辐射通过表面17从光电设备10逸出。
光电芯片12和控制芯片14被堆叠，光电设备10的横向体积减小。根据一个实施例，垂直于导线轴线测量的显示像素的横向尺寸小于5μm，优选地小于4μm，例如等于约3μm。此外，光电芯片12可以具有与控制芯片14相同的尺寸。因此，光电设备10的紧凑性可以有利地增加。
导电层18能够偏置头部26、28、30的有源区域，并为由发光二极管发射的电磁辐射让路。形成导电层18的材料可以是透明导电材料，诸如石墨烯或透明导电氧化物(TCO)(特别是掺杂或不掺杂铝、镓、硼的氧化铟锡(ITO)、氧化锌)或银纳米线。作为示例，导电层18的厚度在20nm至500nm的范围内，优选地为20nm至100nm。
导电层38、导电层42、44、46、48和导电垫52、54、56、58可以由金属制成(例如由铝、银、铂、镍、铜、金或钌制成)，或者由包含至少两种这些化合物的合金制成，特别是PdAgNiAu合金或PtAgNiAu合金。导电层38的厚度可以在100nm至3μm的范围内。导电部分42、44、46、48的厚度可以在100nm至2μm的范围内。在垂直于表面17的平面中，最小横向尺寸在150nm至1μm的范围内，例如约0.25μm。导电垫52、54、56、58的厚度可以在0.5μm至2μm的范围内。
绝缘层16、32、34和50中的每一个由选自包括氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy，其中x近似等于3，并且y近似等于4，例如Si3N4)、氮氧化硅(特别是通式为SiOxNy的，例如Si2ON2)、氧化铪(HfO2)、氧化钛(TiO2)或氧化铝(Al2O3)的组的材料制成。层34和/或层32可以进一步由有机绝缘材料制成，例如由聚对二甲苯或苯并环丁烯(BCB)制成。绝缘层16的最大厚度可以在100nm至5μm的范围内。绝缘层32和34的最大厚度可以在0.5μm至2μm的范围内。绝缘层50的最大厚度可以在0.5μm至2μm的范围内。
每根导线20、22、24可以具有沿着基本上垂直于表面17的轴线伸长的半导体结构。每根导线20、22、24可以具有大致圆柱形的形状，其横截面可以具有不同的形状，诸如例如椭圆形、圆形或多边形，特别是三角形、矩形、正方形或六边形。两个相邻导线20、22、24的轴线可以相距100nm至3μm，优选地为200nm至1.5μm。每根导线20、22、24的高度可以在150nm至10μm的范围内，优选地为200nm至1μm，更优选地为250nm至750nm。每根导线20、22、24的平均直径可以在50nm至10μm的范围内，优选地为100nm至2μm，更优选地为120nm至1μm。
根据一个实施例，通过MOCVD从籽晶层同时形成导线20、22、24。反应器中的生长条件适于有利于每根导丝20、22、24沿其轴线C的优先生长。这意味着导线沿轴线C的生长速度比导线沿垂直于轴线C的方向的生长速度大得多，优选至少一个数量级。在一个示例中，该方法可以包括将III族元素的前体和V族元素的前体注入反应器中。III族元素的前体的示例是三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)、三甲基铟(TMIn)或三甲基铝(TMAl)。V族元素的前体的示例是氨(NH3)、磷酸三丁酯(TBP)、胂(AsH3)或二甲基肼(UDMH)。一些前体气体可通过使用水混合器和载气生成。
根据一个实施方案，反应器中的温度在900℃至1065℃的范围内，优选地在1000℃至106.5℃的范围内，特别是1050℃。根据一个实施例，反应器中的压力在50托(约6.7kPa)至200托(约26.7kPa)的范围内，特别是100托(约13.3kPa)。根据一个实施例，III族元素的前体(例如，TEGa)的流速在500sccm至2500sccm的范围内，特别是1155sccm。根据一个实施例，V族元素的前体(例如NH3)的流速在65sccm至260sccm的范围内，特别是130sccm。根据一个实施例，注入到反应器中的V族元素的前体气体的流速与注入到反应器中的III族元素的前体气体的流速之比(被称为V/III比)在5至15的范围内。载气可以包括N2和H2。根据一个实施例，相对于载气的总质量，注入到反应器中的氢的重量的百分比在3％至15％的范围内，特别是5％。获得的导线34的生长速度可以在1μm/h至15μm/h的范围内，特别是5μm/h。
掺杂剂的前体可以被注入到反应器中。例如，当掺杂剂是Si时，前体可以是硅烷(SiH4)。前体的流速可以被选择为以5*1018至5*1019原子/cm3的范围内的平均掺杂剂浓度为目标，特别是1019原子/cm3。
在另一个实施例中，当存在半导体层70时，通过MBE在每根导线上生长。根据一个实施例，对于半导体层70的MBE生长，反应器中的温度在800℃至900℃的范围内。根据一个实施例，反应器中的压力在3*10-8托(约4*10-3mPa)至5*10-5托(大约6.7mPa)的范围内。根据一个实施例，以300W至600W之间的RF功率(例如360W)产生等离子体。根据一实施例，III族元素的固体源(例如Ga)的温度在800℃至1000℃的范围内，特别是850℃。根据一个实施例，V族元素的前体气体(例如N2)的流速在0.5sccm至5sccm的范围内，特别是1.5sccm。
掺杂剂的前体可以被注入到反应器中。例如，当掺杂剂是Si时，前体可以是硅烷(SiH4)。前体的流速可以被选择为以5*1018至2*1019原子/cm3范围内的平均掺杂剂浓度为目标，特别是1019原子/cm3。
根据一个实施例，有源区76的每一层通过MBE来生长。在一个实施例中，MOCVD和MBE步骤在不同的反应器中执行。在一个实施例中，该方法可以将用于III族元素和V族元素的固体/气体源前体用于MBE。根据一个实施例，当III族元素为Ga时可以使用固体源，并且当V族元素为N时可以使用气态或等离子体前体。在该源中，激发的中性氮分子在没有电场的区域中形成，并通过真空室的压力梯度朝向衬底加速。
形成有源区76的某些层(特别是量子阱86)可以包括向反应器中注入附加元素的固体/气体前体。根据一个实施例，当附加的III族元素是In、Ga或Al时，可以使用固体源。将附加元素掺入到有源区76中的速度特别取决于有源区76的横向尺寸、导线20、22、24之间的距离以及有源区76相对于具有从其延伸的导线20、23、24的支撑件的高度。
掺杂剂可以被注入到反应器中。例如，当掺杂剂由Si制成时，可以使用固体源。根据一个实施例，掺杂剂元素的固体源的温度在1000℃至1200℃的范围内。
根据一个实施例，对于每个势垒层88的MBE生长，反应器中的温度在570℃至640℃的范围内，特别是620℃。根据一个实施例，反应器中的压力在3*10-8托(约4*10-3mPa)至5*10-5托(大约6.7mPa)的范围内。根据一个实施例，以300W至600W之间的RF功率(例如360W)产生等离子体。根据一个实施例，III族元素(例如Ga)的固体源的温度在850℃至950℃的范围内，特别是895℃。根据一个实施例，V族元素的前体气体(例如N2)的流速在0.5sccm至5sccm的范围内，特别是1.5sccm。
根据一个实施例，对于每个量子阱86的MBE生长，反应器中的温度i570℃至640℃的范围内，特别是620℃。根据一个实施例，反应器中的压力在3*10-8托(约4*10-3mPa)至5*10-5托(大约6.7mPa)的范围内。根据一个实施例，以300W至600W之间的RF功率(例如360W)产生等离子体。根据一个实施例，III族元素(例如Ga)的固体源的温度在850℃至950℃的范围内，特别是895℃。根据一个实施例，附加元素(例如In)的固体源的温度在750℃至900℃的范围内，特别是790℃。根据一个实施例，V族元素的前体气体(例如N2)的流速在0.5sccm至5sccm的范围内，特别是1.5sccm。
根据一个实施例，半导体堆叠78的每一层通过MBE生长。根据一个实施例，半导体层80以基本上c-平面取向生长。根据一个实施例，对于电子阻挡层82的MBE生长，反应器中的温度在700℃至900℃的范围内，特别是800℃。根据一个实施例，反应器中的压力在3*10-8托(约4*10-3mPa)至5*10-5托(约6.7mPa)的范围内。根据一个实施例，以300W至600W之间的RF功率(例如360W)产生等离子体。根据一个实施例，III族元素(例如Ga)的固体源的温度在850℃至950℃的范围内，特别是905℃。根据一个实施例，附加元素(例如Al)的固体源的温度在1000℃至1100℃的范围内，特别是1010℃。根据一个实施例，V族元素的前体气体(例如N2)的流速在0.5sccm至5sccm的范围内，特别是1.5sccm。掺杂剂可以被注入到反应器中。例如，当掺杂剂是Mg时，可以使用固体源。根据一个实施例，掺杂剂元素的固体源的温度在150℃至350℃的范围内，特别是190℃。
图7A至图7N是图1中所示光电设备10的制造方法的另一个实施例的连续步骤处获得的结构的部分简化截面图。
图7A显示了在以下步骤后获得的结构：
-形成支撑件100，该支撑件100对应于在图7A中从下到上堆叠衬底101、至少一个成核层(也称为籽晶层)、在图7A中作为示例示出的两个成核膜102和103、电绝缘层104以及绝缘层104上的电绝缘层106，绝缘层104和绝缘层106由不同的材料制成；
-在绝缘层104和106中形成第一开口108，以在第一导线20的期望位置处暴露成核层103的部分，第一开口108的直径基本上对应于第一导线20的直径，在绝缘层104和106中形成第二开口110，以在第二导线22的期望位置处暴露成核层103的部分，第二开口110的直径基本上对应于第二导线22的直径，以及在绝缘层104和106中形成第三开口112，以在第三导线24的期望位置处暴露成核层103的部分，第三开口的直径基本对应于第三导线24的直径；
-通过MOCVD从开口108、110、112中的成核层103同时生长导线20、22、24；
-通过MBE在导线20、22、24上同时生长头部26、28、30，每个头部26、26、30包括有源区76和半导体堆叠78。
作为变体，绝缘层104、106可以被替换为单个绝缘层。
衬底101可以对应于整体结构，或者可以对应于覆盖由另一种材料制成的支撑物的层。衬底101优选地是半导体衬底(例如，由硅、锗、碳化硅、III-V化合物(诸如GaN或GaAs)制成的衬底)，或ZnO衬底，或导电衬底，例如由金属或金属合金，特别是铜、钛、钼、镍基合金和钢制成的衬底。优选地，衬底101是单晶硅衬底。优选地，它是与微电子中实施的制造方法兼容的半导体衬底。衬底101可以对应于绝缘体上硅类型(也被称为SOI)的多层结构。衬底101可以是重掺杂、轻掺杂或非掺杂的。
成核层102、103由有利于导线20、22、24生长的材料制成。形成每个成核层102、103的材料可以是金属、金属氧化物、元素周期表第IV、V或VI列的过渡金属的氮化物、碳化物活硼化物或者这些化合物的组合，并且优选是元素周期表第IV、V或VI列的过渡金属的氮化物或者这些化合物组合。例如，每个籽晶层102、103可以由氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、硼(B)、氮化硼(BN)、钛(Ti)、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)、氮化钽(TaCN)、MgxNy形式的氮化镁制成，其中x近似等于3，并且y近似等于2，例如Mg3N2形式的氮化镁。每个成核层102、103的厚度例如在1nm至100nm的范围内，优选地在10nm至30nm的范围内。
绝缘层104和106中的每一个由选自包括氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy，其中x近似等于3，并且y近似等于4，例如Si3N4)、氮氧化硅(特别是通式为SiOxNy的，例如Si2ON2)、氧化铪(HfO2)或氧化铝(Al2O3)的组的材料制成。根据一个实施例，绝缘层104由氧化硅制成，并且绝缘层106由氮化硅制成。每个绝缘层104、106的厚度在10nm至100nm的范围内，优选地为20nm至60nm，特别地等于约40nm。
导线20、22、24的生长方法是如前所述的MOCVD方法。在生长步骤结束时，每根导线20、22、24的高度可以在250nm至15μm的范围内，优选地为500nm至5μm，更优选地为1μm至3μm。第一导线20的高度不同于第二导线22的高度和第三导线24的高度。导线20、22、24的高度特别取决于导线直径和导线之间的距离。根据一个实施例，第一导线20的高度大于第二导线22的高度，并且第二导线20的高度大于第三导线24的高度。
例如可以通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相淀积(LPCVD)、亚大气化学气相沉积(SACVD)、CVD、物理气相沉积(PVD)或原子层沉积(ALD)来沉积每个籽晶层102、103和每个绝缘层104、106。
图7B显示了在所有导线20、22、24上以及导线20、23、24之间的绝缘层106上沉积介电层113后获得的结构。
介电层113可以由与绝缘层106相同的材料制成。根据一个实施例，层113的最小厚度大于最小导线20、22、24的高度和相关联的头部26、28、30的高度之和。优选地，层113的最小厚度大于最大导线20、22、24的高度和相关联的头部26、28、30的高度之和。
例如，介电层113的厚度在250nm至15μm的范围内，优选地为300nm至5μm，例如近似等于2μm。绝缘层113可以通过与用于形成绝缘层104、106的方法相同的方法形成。
图7C显示了在对绝缘层113和部分头部26、28、30进行薄化和平面化以在绝缘层106的高度(例如，在150nm至10μm的范围内)处界定平面表面114后获得的结构。蚀刻例如是CMP(化学机械平面化)。导线20、22、24之间的绝缘层113的存在使得能够实施CMP型蚀刻方法，如果仅存在导线，这将是困难的或者甚至不可能的。在该步骤之后，所有导线头部组件20-26、22-28、24-30具有相同的高度。绝缘层113和导线20、22、24的一部分的蚀刻可以在多个步骤中执行。作为变体，当导线头部组件20-26、22-28、24-30具有基本相同的高度时，可以不存在绝缘层83和部分头部26、28、30的薄化和平面化步骤。
图7D显示了完全去除介电层113以暴露绝缘层106和导线头部组件20-26、22-28、24-30后获得的结构。绝缘层106然后可以在介电层113的蚀刻期间起到蚀刻停止层的作用。介电层113的去除可以通过湿法蚀刻来执行。作为变体，介电层113的蚀刻可以仅是部分的，残留层保持在绝缘层106上。
图7E显示了在以下步骤后获得的结构：
-形成绝缘层32；
-形成绝缘层34；以及
-穿过绝缘层34的部分厚度蚀刻或薄化绝缘层34，以界定基本上平面的表面116。
绝缘层32可以通过共形沉积(例如，通过LPCVD)形成。形成绝缘层32的方法优选在低于700℃的温度下执行，以避免损坏发光二极管的有源区。此外，LPCVD型方法能够在导线20、22、24之间获得良好的填充。绝缘层32的沉积厚度可以在100nm至1μm的范围内，例如大约500nm。绝缘层34可以例如通过共形沉积(例如通过PECVD)形成。绝缘层34的沉积厚度可以大于或等于2μm。绝缘层34的部分蚀刻可以通过CMP执行。蚀刻的停止可以在绝缘层34(如图7E所示)或绝缘层32中执行，但在任何情况下都是在暴露头部26、28、30之前。
图7F显示了在蚀刻绝缘层32、34以暴露头部26、28、30的上表面之后获得的结构。该蚀刻例如是反应离子蚀刻类型(RIE)的蚀刻或电感耦合等离子体蚀刻(ICP)。由于头部26、28、30可以具有不同的尺寸，一些头部26、28、30可以比其他头部更暴露。在该步骤中头部26、28、30不被蚀刻。蚀刻优选为各向异性蚀刻。层32的未示出的部分可以保持在头部26、28、30的侧壁上。位于头26、28、30顶部的层起到蚀刻停止层的作用。根据一个实施例，在形成头部26、28、30时，在头部26、28、30的顶部处添加附加层以起到蚀刻停止层的作用。它可以是AlN层。
图7G显示了在以下步骤后获得的结构：
-当蚀刻停止层存在于头部26、28、30上时，去除蚀刻停止层；
-例如通过阴极溅射在图7E中所示的结构上沉积金属层，例如厚度为0.5μm；
-蚀刻金属层以界定导电层42、44、46、48。
当头部26、28、30上的蚀刻停止层由AlN制成时，可以通过四甲基氢氧化铵型(TMAH)蚀刻去除它们。在形成导电层42、44、46、48之前，可以在整个结构上形成单独的金属部分。这可以通过沉积厚度为1nm的金属层(例如镍或铂)和热退火步骤(例如，在550℃的温度下)来执行，从而形成单独的部分。
图7H显示了在以下步骤后获得的结构：
-在图7G所示的结构上沉积绝缘层50；以及
-形成例如由铜制成的导电垫52、54、56、58。
图7I显示了将控制芯片14被键合到光电芯片12之后获得的结构。控制芯片14与光电芯片12的键合可以通过使用诸如连接微球(未示出)的插入物来执行。作为变体，控制芯片14与光电芯片的键合可以通过直接键合来执行，而不使用插入物。直接键合可以包括控制芯片14的金属区域(特别是导电垫62)和光电芯片12的金属区域(特别是导电垫52、54、56、58)的直接金属-金属键合，以及介电区域(特别是控制芯片14的绝缘层50)和光电芯片12的介电区域(特别是绝缘层50)的介电-介电键合。控制芯片14与光电芯片12的键合可以通过热压方法来执行，其中光电芯片12通过施加压力和热量而压靠在控制芯片14上。
图7J显示了在以下步骤后获得的结构：
-去除衬底101；
-去除籽晶层102、103；
-去除绝缘层104和106；
-对绝缘层32、绝缘层34和导线20、22、24进行部分蚀刻，以限定基本上平面的表面118。
去除衬底101可以通过研磨和/或湿法蚀刻来执行。籽晶层102、103、绝缘层32、绝缘层34和导线20、22、24的去除可以通过湿法蚀刻、干法蚀刻或通过CMP来执行。绝缘层104或106可以在籽晶层103的蚀刻期间起到蚀刻停止层的作用。
图7K显示了在表面118上形成导电层18后获得的结构，例如，通过在整个表面118上沉积TCO层，例如厚度为50nm，并通过光刻技术蚀刻该层以仅保留TCO层18。
图7L显示了穿过绝缘层34的整个厚度在绝缘层34中蚀刻开口36以暴露导电层48之后获得的结构。这可以通过光刻技术来执行。
图7M显示了在开口36中和与导电层18接触的表面118上形成导电层38后获得的结构。这可以通过在表面118一侧的整个结构上沉积例如Ti/TiN/AlCu类型的导电层的堆叠，并通过光刻技术蚀刻该堆叠以仅保持导电层38来执行。
图7N显示了在导电层18上形成界定表面17的绝缘层16后获得的结构。例如，它是通过PECVD沉积的厚度为1μm的SiON层。
可以提供在表面17上形成凸起区域的附加步骤(也被称为纹理化步骤)，以增加光的提取。
降低背面的导线高度可以通过CMP型方法(如前所述)或任何其他干法蚀刻或湿法蚀刻方法来执行。可以选择所获得的导线的高度，特别是由GaN制成的导线，以通过导线本身内的光学相互作用增加从线脚的光提取。此外，该高度可以被选择以有利于不同导线之间的光学耦合，从而增加导线组件的集体发射。
已经描述了各种实施例和变体。本领域技术人员将理解，这些不同实施例和变体的某些特征可以被组合，并且本领域的技术人员将想到其他变体。特别地，尽管在先前描述的实施例中，光电设备包括彼此键合的两个芯片，但是显然，光电设备可以包括单个芯片，电子发光二极管控制电路以与发光二极管集成的方式形成。最后，基于以上给出的功能指示，所描述的实施例和变体的实际实施方式在本领域技术人员的能力范围内。

Claims (18)

1.一种光电设备(10)，包括具有轴向配置的第一三维发光二极管、第二三维发光二极管和第三三维发光二极管，每个发光二极管包括半导体元件(20、22、24)和位于所述半导体元件上的有源区(76)，每个半导体元件对应于微米线、纳米线、纳米或微米范围的圆锥形元件，或纳米或微米范围的截头圆锥形元件，所述第一发光二极管被配置为以第一波长发射第一辐射，所述第一发光二极管的所述半导体元件具有第一直径(D1)，所述第二发光二极管被配置为以第二波长发射第二辐射，所述第二发光二极管的所述半导体元件具有第二直径(D2)，以及所述第三发光二极管被配置为以第三波长发射第三辐射，所述第三发光二极管的所述半导体元件具有第三直径(D3)，所述第一直径(D1)小于所述第二直径(D2)，并且所述第二直径(D2)小于所述第三直径(D3)，所述第一波长大于所述第三波长，并且所述第二波长大于所述第一波长。
2.根据权利要求1所述的光电设备，其中，所述第一直径(D1)在80nm至150nm之间变化。
3.根据权利要求1或2所述的光电设备，其中，所述第二直径(D2)在200nm至350nm之间变化。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光电设备，其中，所述第三直径(D3)在370nm至500nm之间变化。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光电设备，其中，所述第一波长在510nm至570nm的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光电设备，其中，所述第二波长在600nm至720nm的范围内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光电设备，其中，所述第三波长在430nm至490nm的范围内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光电设备(10)，包括键合到第二电子电路(14)的第一光电电路(12)，所述第二电子电路(14)包括导电垫(62)，所述第一光电电路包括像素，并且对于每个像素包括：
-第一导电层(18)；
-对于所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管中的每一个，所述半导体元件(20、22、24)垂直于所述第一导电层延伸，并且与所述第一导电层接触，并且所述有源区(76)位于所述半导体元件的与所述第一电导层相对的端部上；以及
-电耦合到所述导电垫(62)的第二导电层、第三导电层、第四导电层和第五导电层(42、44、46、48)，所述第二导电层(42)被耦合到所述第一发光二极管的有源区(76)，所述第三导电层(44)被耦合到所述第二发光二极管的有源区(76)，所述第四导电层(46)被耦合到所述第三发光二极管的有源区(76)，以及所述第五导电层(48)被耦合到所述第一导电层。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光电设备，其中，每个有源区(76)包括单个量子阱或多个量子阱。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光电设备，其中，所述半导体元件(20、22、24)和所述有源区由III-V化合物制成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的光电设备，其中，所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的所述半导体元件(22、24、26)通过MOCVD形成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的光电设备，其中，所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的有源区(76)通过MBE形成。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的光电设备，其中，所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的半导体元件(20、22、24)位于衬底(100)上，并且与适于所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三光二极管的半导体元件(20，22、24)的外延生长的材料接触。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的光电设备，其中，所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管形成单片结构。
15.一种制造根据权利要求1至14中任一项所述的光电设备(10)的方法，包括以下连续步骤：
-同时形成所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的所述半导体元件(22、24、26)；以及
-在所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的半导体元件(22、24、26)上同时形成所述第一、第二和第三发光二极管的有源区(76)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的半导体元件(22、24、26)通过MOCVD形成。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的有源区(76)通过MBE形成。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，包括以下连续步骤：
-在支撑件(110)上同时形成所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的半导体元件(22、24、26)，并在所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三光二极管的半导体元件(22、24、26)上形成所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三光二极管的有源区(76)；
-在所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的三维半导体元件(20、22、24)之间形成电绝缘层(32)；以及
-去除所述支撑件。
CN202180066524.9A 2020-09-29 2021-09-28 包括发光二极管的彩色显示光电设备 Pending CN116325185A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2009895A FR3114682B1 (fr) 2020-09-29 2020-09-29 Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes a affichage couleur
FRFR2009895 2020-09-29
PCT/EP2021/076573 WO2022069431A1 (fr) 2020-09-29 2021-09-28 Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes a affichage couleur

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116325185A true CN116325185A (zh) 2023-06-23

Family

ID=73643084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180066524.9A Pending CN116325185A (zh) 2020-09-29 2021-09-28 包括发光二极管的彩色显示光电设备

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20230361152A1 (zh)
EP (1) EP4222785A1 (zh)
JP (1) JP2023547042A (zh)
KR (1) KR20230066607A (zh)
CN (1) CN116325185A (zh)
FR (1) FR3114682B1 (zh)
TW (1) TW202215394A (zh)
WO (1) WO2022069431A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3137499A1 (fr) * 2022-06-30 2024-01-05 Aledia Dispositif optoélectronique à zones de transitions

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3061607B1 (fr) * 2016-12-29 2019-05-31 Aledia Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes
FR3068515B1 (fr) * 2017-06-30 2019-10-25 Aledia Dispositif optoélectronique comprenant des diodes électroluminescentes
FR3068517B1 (fr) * 2017-06-30 2019-08-09 Aledia Dispositif optoelectronique comportant des structures semiconductrices tridimensionnelles en configuration axiale
US11049900B2 (en) * 2018-08-30 2021-06-29 Analog Devices, Inc. Monolithically integrated nanoemitter light source assembly
KR102652501B1 (ko) * 2018-09-13 2024-03-29 삼성디스플레이 주식회사 발광 소자의 제조방법 및 발광 소자를 포함하는 표시 장치

Also Published As

Publication number Publication date
TW202215394A (zh) 2022-04-16
JP2023547042A (ja) 2023-11-09
WO2022069431A1 (fr) 2022-04-07
FR3114682B1 (fr) 2023-05-19
KR20230066607A (ko) 2023-05-16
EP4222785A1 (fr) 2023-08-09
FR3114682A1 (fr) 2022-04-01
US20230361152A1 (en) 2023-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111033747B (zh) 包括以轴向配置的三维半导体结构的光电子设备
CN110301047B (zh) 具有发光二极管的光电设备
US9978808B2 (en) Monolithic multicolor direct view display containing different color LEDs and method of making thereof
KR20210022087A (ko) 다이오드 어레이를 구비하는 광전자 장치
KR20230058638A (ko) Led 디바이스 및 led 디바이스를 제조하는 방법
CN116325185A (zh) 包括发光二极管的彩色显示光电设备
US20220278081A1 (en) Optoelectronic device in which the pixels contain light-emitting diodes that emit several colors and manufacturing method
KR20210091805A (ko) 발광 다이오드 및 발광 다이오드의 제조 방법
JP2021508951A (ja) 三次元発光ダイオードを備えた光電子デバイス
CN114270542A (zh) 包括三维半导体元件的光电器件和制造所述器件的方法
CN116636010A (zh) 具有轴向三维发光二极管的光电子器件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination