KR20170101923A - 발광 다이오드를 구비한 광전자 장치 - Google Patents

발광 다이오드를 구비한 광전자 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광전자 장치(40)에 관한 것으로서, - 반대측의 제 1 표면 및 제 2 표면(44, 46)을 구비하는 기판(42); 및 - 제 1 표면(46)으로부터 제 2 표면(44)까지 연장되는, 그리고 기판 내에서 서로로부터 전기적으로 절연되는 제 1 반전도성 또는 전도성 부분(50)을 형성하는 측면 전기 절연 요소(48)를 포함한다. 이 광전자 장치는 또한 각각의 제 1 부분에 대해, - 제 1 부분과 접촉되는 제 2 표면 상에 제 1 전도성 접촉 패드(52); 및 - 제 1 표면 상에 위치되고, 제 1 부분에 전기적으로 접속되는 발광 다이오드의 세트(D)를 포함한다. 이 광전자 장치는 또한 - 발광 다이오드의 전체를 피복하는 전도성인 적어도 부분적으로 투명한 전극층(66); - 이 전극층을 피복하는 절연성인 적어도 부분적으로 투명한 캡슐화 층(70); 및 - 이 전극층에 전기적으로 접속되는 하나 이상의 제 2 전도성 접촉 패드(52)를 포함한다.

Description

발광 다이오드를 구비한 광전자 장치{OPTOELECTRONIC DEVICE WITH LIGHT-EMITTING DIODES}
본 특허 출원은 원용에 의해 본원에 포함되는 프랑스 특허 출원 FR14/63420의 우선권을 주장한다.
본 개시는 발광 다이오드, 특히 무기 재료로 제조된 발광 다이오드를 포함하는 광전자 장치, 예를 들면, 디스플레이 스크린 또는 이미지 투사 장치에 관한 것이다.
하나 이상의 III족 원소 및 하나의 V족 원소(이하에서 III-V족 화합물이라고 지칭됨), 특히 갈륨 질화물(GaN), 갈륨 인듐 질화물(GaInN), 및 갈륨 알루미늄 질화물(GaAlN)을 주로 포함하는 반도체 층의 적층체를 포함하는 반도체 재료에 기초한 발광 다이오드를 포함하는 광전자 장치, 특히 디스플레이 스크린 또는 투사 장치가 존재한다.
이미지의 픽셀은 디스플레이 스크린에 의해 디스플레이되거나 투사 장치에 의해 투사되는 이미지의 단위 요소에 대응한다. 광전자 장치가 단색 이미지 디스플레이 스크린 또는 단색 이미지 투사 장치인 경우, 이것은 이미지의 각각의 픽셀의 디스플레이를 위한 단일 광원을 일반적으로 포함한다. 광전자 장치가 컬러 이미지 디스플레이 스크린 또는 컬러 이미지 투사 장치인 경우, 일반적으로 이것은 각각의 이미지 픽셀의 디스플레이를 위해 디스플레이 서브-픽셀이라고도 부르는 적어도 3 개의 방출 및/또는 광 강도 조절 컴포넌트을 포함하며, 이것은 각각 실질적으로 단일 컬러(예를 들면, 적색, 녹색, 및 청색)의 광복사를 방출한다. 3 개의 디스플레이 서브-픽셀에 의해 방출된 복사의 중첩은 관찰자에게 디스플레이된 이미지의 픽셀에 대응하는 색의 감각을 제공한다. 이 경우, 이미지 픽셀의 디스플레이를 위해 사용되는 3 개의 디스플레이 서브-픽셀에 의해 형성되는 어셈블리는 디스플레이 스크린 또는 투사 장치의 디스플레이 픽셀로 불린다.
도 1은 디스플레이 스크린 또는 투사 장치와 같은 무기 발광 다이오드를 포함하는 광전자 장치(10)의 일례를 도시한다. 광전자 장치(10)는 도 1의 하측으로부터 상측을 향해 연속적으로,
지지체(12);
예를 들면, 평행한 전도성 스트립에 대응하는 하부 전극(14);
하부 전극(14) 상에 위치되고, 절연 부분(18)에 의해 서로로부터 분리된 무기 발광 다이오드(16);
무기 발광 다이오드(16)의 상부 표면과 접촉되는 투명한 상부 전극(20); 및
전체 구조를 피복하는 투명한 보호층(22)을 포함한다.
보호층(22) 상에는 형광물질층 및/또는 색필터가 제공될 수 있다.
각각의 무기 발광 다이오드(16)는 도 1의 하부로부터 상부를 향해 연속적으로 다음을 포함하는 반도체 부분의 적층체를 포함한다:
전극(14)들 중 하나와 접촉되는 제 1 전도율 유형의, 예를 들면, N형의 도핑된 반도체 부분(24);
활성 영역(26), 즉, 작동 시, 예를 들면, 도핑되지 않은 반도체 부분, 단일 양자 우물, 또는 다중 양자 우물을 포함하는 단층 또는 다층에 대응하는 발광 다이오드에 의해 공급되는 대부분의 광복사를 방출하는 발광 다이오드의 영역; 및
전극(20)들 중 하나와 접촉되는 제 2 전도율 유형의, 예를 들면, 제 1 전도율 유형과 반대인 P형의 도핑된 반도체 부분(28).
이러한 발광 다이오드(16)는 얇고 평평한 층의 적층체로 형성되므로 2 차원이라고 불린다. 광전자 장치(10)의 각각의 디스플레이 서브-픽셀(P)은 발광 다이오드(16), 발광 다이오드(16)를 둘러싸는 절연 부분(18), 및 전극(14)들 중 하나의 부분 및 발광 다이오드(16)와 접촉되는 전극(20)들 중 하나의 부분을 포함한다. 일 실시례로서, 각각의 디스플레이 서브-픽셀(P)에 의해 점유되는 표면적은 100 μm 내지 1 mm의 범위 내의 변의 길이를 갖는 정사각형에 대응할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 광전자 장치(10)를 제조하는 방법의 일 실시례의 연속적 단계에서 얻어지는 구조를 도시한다.
도 2a는 지지체(12) 상에 하부 전극(14)을 형성한 후에, 그리고 전체 구조 상에 연속적 반도체 층(32, 34, 36)의 적층체(30)을 침착한 후에 얻어지는 구조를 도시한다.
도 2b는 각각의 발광 다이오드(16)에 대해 반도체 부분(24, 26, 28)을 형성하기 위해 적층체(30) 내에 개구(38)를 에칭한 후에 얻어지는 구조를 도시한다.
도 2c는 발광 다이오드(16)들 사이의 개구(38) 내에 절연 부분(18)을 형성한 후에 얻어지는 구조를 도시한다. 이것은 발광 다이오드(16)를 피복하고, 개구(38)를 충전하는 절연층을 도 2b에 도시된 전체 구조 상에 침착시키고, 발광 다이오드(16)의 부분(28)에 이르기까지 절연층을 에칭함으로써 수행될 수 있다.
각각의 디스플레이 서브-픽셀(P)에 의해 방출될 수 있는 최대 광 강도는 디스플레이 서브-픽셀(P)과 비교하여 발광 다이오드(16)에 의해 점유되는 표면적에 의존하고, 디스플레이 서브-픽셀의 총 표면적보다 클 수 없다. 2 개의 인접한 발광 다이오드(16)들 사이의 최소 거리는 층(32, 34, 36)을 에칭하는 방법 및 절연 부분(18)을 형성하는 방법에 의해 부여되며, 일반적으로 3 μm, 또는 심지어 5 μm를 초과한다. 이는 각각의 발광 다이오드(16)에 의해 점유될 수 있는 최대 표면적을 감소시킨다.
하부 전극(14)은 연속 전극층에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 전극층(14)은 저항성 및 광 전도성의 단점을 갖는다. 하부 전극층(14)의 저항률은 연부와 중심부 사이의 전압 강하가 전자 제어 시스템의 교정 용량을 신속하게 초과할 수 있으므로 광전자 장치의 최대 크기를 심하게 제한한다. 광의 전도는 서브-픽셀에 의해 방출된 광의 일부를 이웃하는 서브-픽셀 내로 재주입하여 광전자 장치의 컬러의 콘트라스트 및 채도를 심하게 제한한다. 하부 전극(14)이 별개의 스트립에 의해 형성되는 경우, 서브-픽셀들 사이의 필요한 거리는 훨씬 더 크다.
전술한 제조 방법의 다른 단점은 층(32, 34, 36)을 에칭하는 단계로 인해 각각의 발광 다이오드(16)의 활성 영역(26)의 측면이 열화되어 활성 영역(26)에 의해 방출되는 광복사가 교란될 수 있으므로 15 μm x 15 μm 미만의 치수를 갖는 양호한 품질의 서브-픽셀을 형성하는 것이 곤란하다는 것이다.
일 실시형태의 목적은 무기 발광 다이오드, 특히 디스플레이 스크린 또는 투사 장치를 포함하는 전술한 광전자 장치의 단점의 전부 또는 일부를 극복하는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 각각의 디스플레이 서브-픽셀에 의해 제공될 수 있는 최대 광 강도를 증가시키는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 발광 다이오드의 활성층을 에칭하는 단계를 포함하지 않는 발광 다이오드 제조 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 일 실시형태는 반대측의 제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하는 기판, 및 상기 제 1 표면으로부터 상기 제 2 표면으로 연장되는, 그리고 지지체 내에서 서로로부터 전기적으로 절연된 제 1 반도체 또는 전도성 부분을 형성하는 측면 전기 절연 요소를 포함하는 광전자 장치로서, 상기 광전자 장치는 각각의 제 1 부분에 대해 상기 제 1 부분과 접촉되는 상기 제 2 표면 상의 제 1 전도성 패드 및 상기 제 1 표면 상에 위치되어 있는 발광 다이오드 또는 발광 다이오드의 어셈블리를 더 포함하고, 상기 광전자 장치는 상기 발광 다이오드의 모두를 피복하는 전도성의 적어도 부분적으로 투명한 전극층, 상기 전극층을 피복하는 절연성의 적어도 부분적으로 투명한 캡슐화 층, 및 상기 전극층에 전기적으로 접속되는 하나 이상의 제 2 전도성 패드를 포함하는 광전자 장치를 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 각각의 발광 다이오드는 상기 발광 다이오드의 복사의 대부분을 공급할 수 있는 하나 이상의 활성층을 포함하는 셸과 일체화되거나, 또는 상기 셸에 의해 상면 및/또는 적어도 측면의 일부가 피복된 하나 이상의 와이어-형상, 원추형, 또는 테이퍼형 반도체 소자를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 광전자 장치는 각각의 어셈블리의 발광 다이오드의 주위에 전극층을 피복하는 전도성 층을 더 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 측면 전기 절연 요소는 상기 제 1 표면으로부터 상기 제 2 표면으로 상기 기판 내에서 연장되는 하나 이상의 절연벽을 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 측면 전기 절연 요소는, 상기 지지체 내에서, 상기 제 1 반도체 또는 전도성 부분으로부터 전기적으로 절연된, 그리고 상기 전극층에 전기적으로 접속된 제 2 반도체 또는 전도성 부분을 더 형성한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 제 2 전도성 패드는 상기 제 2 표면의 측면 상에서 상기 제 2 반도체 또는 전도성 부분과 전기 접촉된다.
일 실시형태에 따르면, 상기 제 2 전도성 패드는 제 1 표면의 측면에 위치된다.
일 실시형태에 따르면, 상기 기판은 리콘, 게르마늄, 실리콘 탄화물, GaN 또는 GaAs와 같은 III-V족 화합물, 또는 ZnO로 제조된다.
일 실시형태에 따르면, 상기 기판은 단결정 실리콘으로 제조되고, 5*1016 원자/cm3 내지 2*1020 원자/cm3 범위의 도펀트 농도를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 각각의 반도체 소자는 주로 III-V족 화합물, 특히 갈륨 질화물, 또는 II-VI족 화합물로 제조된다.
일 실시형태에 따르면, 상기 광전자 장치는 캡슐화 층 상에 렌즈를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 광전자 장치는 디스플레이 스크린 또는 투사 장치이다.
일 실시형태는 또한 다음의 단계를 포함하는 광전자 장치를 제조하는 방법을 목적으로 한다.
a) 반대측의 제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하는 기판 내에 측면 전기 절연 요소를 형성하는 단계 - 상기 측면 전기 절연 요소는 상기 제 1 표면으로부터 상기 제 2 표면까지 연장되고, 지지체 내에서 서로로부터 전기적으로 절연된 제 1 반도체 또는 전도성 부분을 형성하고, 각각의 제 1 부분에 대해 상기 제 1 부분과 접촉하는 제 2 표면 상에 제 2 전도성 패드를 형성함 -;
b)각각의 제 1 부분에 대해, 상기 제 1 표면 상에 위치되고, 상기 제 1 부분에 전기적으로 접속되는 발광 다이오드 또는 발광 다이오드의 어셈블리를 형성하는 단계; 및
c) 각각의각각의 제 1 부분에 대해, 상기 발광 다이오드의 전부를 피복하는 전도성의 적어도 부분적으로 투명한 전극층, 상기 전극을 피복하는 적어도 부분적으로 투명한 다이일렉트릭 재료로 제조된 캡슐화 층, 및 상기 전극층에 전기적으로 접속되는 하나 이상의 제 2 전도성 패드를 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 단계 a)는 다음의 단계를 포함한다.
상기 단계 b) 전에, 상기 기판 내에 상기 제 1 표면으로부터 하방으로 상기 기판의 깊이의 일부까지 연장되는 측면 전기 절연 요소를 형성하는 단계; 및
상기 단계 c) 후에, 상기 제 2 표면을 형성하기 위해, 그리고 상기 제 2 표면 상에서 상기 측면 전기 절연 요소를 노출시키기 위해 상기 기판을 박막화하는 단계.
일 실시형태에 따르면, 상기 방법은 특히 포토리소그래피 기술 또는 인쇄에 의해 상기 발광 다이오드의 적어도 일부 상에 형광물질을 침착시키는 단계를 더 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 각각의 발광 다이오드는 상기 발광 다이오드의 복사의 대부분을 공급할 수 있는 하나 이상의 활성층을 포함하는 셸과 일체화되거나, 또는 상기 셸에 의해 상면 및/또는 적어도 측면의 일부가 피복된 하나 이상의 와이어-형상, 원추형, 또는 테이퍼형 반도체 소자를 포함한다.
전술한 특징 및 기타 특징 및 장점은 이하에서 첨부한 도면에 관련하여 특화된 실시형태의 비제한적 설명에서 상세히 설명될 것이다.
도 1은 앞서 설명한 무기 발광 다이오드를 포함하는 광전자 장치의 일 실시례의 단순화된 부분 단면도이고;
도 2a 내지 도 2c는 앞서 설명한 도 1의 광전자 장치를 제조하는 방법의 일 실시례의 연속적 단계에서 얻어진 구조의 단순화된 부분 단면도이고;
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 각각 발광 다이오드를 포함하는 광전자 장치의 일 실시형태의 단순화된 부분 평면도, 단순화된 부분 전방 단면도, 및 단순화된 부분 저면도이고;
도 4a 내지 도 4c는 각각 발광 다이오드를 포함하는 광전자 장치의 다른 실시형태의 단순화된 부분 평면도, 단순화된 부분 전방 단면도, 및 단순화된 부분 저면도이고;
도 5a 및 도 5b는 각각 발광 다이오드를 포함하는 광전자 장치의 다른 실시형태의 단순화된 부분 평면도 및 단순화된 부분 전방 단면도이다.
명료성을 위해, 동일한 요소는 다양한 도면에서 동일한 참조 번호로 표시되었고, 다양한 도면은 축적에 따르지 않는다. 또한, 설명된 실시형태의 이해에 유용한 요소들만이 도시되고, 기술될 것이다. 특히, 발광 다이오드를 포함하는 광전자 장치를 제어하기 위한 장치는 당업자에게 공지되어 있으므로 이하에서 설명되지 않는다. 이하의 설명에서, 달리 명시되지 않는 한, 용어 "실질적으로", "대략", 및 "약"은 "10% 이내"를 의미한다.
이하 설명되는 실시형태는 3 차원 반도체 소자, 예를 들면, 마이크로와이어, 나노와이어, 원추형 요소, 또는 테이퍼형 요소로 형성된 발광 다이오드를 포함하는 광전자 장치, 특히 디스플레이 스크린 또는 투사 장치에 관한 것이다. 이하의 설명에서, 실시형태는 마이크로와이어 또는 나노와이어로 형성된 발광 다이오드에 대해 기술된다. 그러나, 이러한 실시형태는 마이크로와이어 또는 나노와이어 이외의 3 차원 요소, 예를 들면, 피라미드형의 3 차원 요소에 대해서도 구현될 수 있다.
또한, 이하의 설명에서, 실시형태는 마이크로와이어 또는 나노와이어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 셸을 포함하는 발광 다이오드에 대해 기술된다. 그러나, 이들 실시형태는 활성 영역이 마이크로와이어 또는 나노와이어의 높이를 따라 또는 상부에 위치되는 발광 다이오드에 대해 구현될 수 있다.
용어 "마이크로와이어" 또는 "나노와이어"는 5 nm 내지 2.5 μm의 범위, 바람직하게는 50 nm 내지 2.5 μm의 범위인 마이너 치수로 불리는 적어도 2 차원 및 이 마이너 치수의 최대 치수의 1 배, 바람직하게는 5 배 이상, 더 바람직하게는 10 배 이상인 메이저 치수로 불리는 제 3 차원을 갖는 우선 방향을 따라 기다란 형상을 갖는 3 차원 구조를 나타낸다. 특정의 실시형태에서, 마이너 치수는 약 1 μm 이하, 바람직하게는 100 nm 내지 1 μm, 더 바람직하게는 100 nm 내지 300 nm의 범위이다. 특정의 실시형태에서, 각각의 마이크로와이어 또는 나노와이어의 높이는 500 nm 이상, 바람직하게는 1 μm 내지 50 μm의 범위일 수 있다.
이하의 설명에서, 용어 "와이어"는 "마이크로와이어 또는 나노와이어"를 의미한다. 바람직하게는, 와이어의 주 방향에 수직인 평면에서 횡단면의 질량중심을 통과하는 와이어의 중심 선은 실질적으로 직선이며, 이하 와이어의 "축선"이라고 부른다.
일 실시형태에 따르면, 광전자 장치, 특히 디스플레이 스크린 또는 투사 장치가 제공되고, 이것은 서로로부터 전기적으로 절연된 기판 부분들로 분할된 기판, 예를 들면, 전도성 또는 반도체 기판을 포함하는 집적 회로를 포함하고, 기판은 각각의 디스플레이 서브-픽셀에 대해 기판의 전방 표면 상에 형성된 발광 다이오드의 어셈블리를 포함한다. 각각의 발광 다이오드의 어셈블리는 병렬로 조립된 발광 다이오드 또는 복수의 발광 다이오드를 포함한다. 발광 다이오드의 병렬 접속은 발광 다이오드의 애노드들이 서로 접속되고, 발광 다이오드의 캐소드들이 서로 접속됨을 의미한다. 기본 발광 다이오드의 각각의 어셈블리는 애노드 및 캐소드를 포함하는 일반적인 발광 다이오드와 등가이다.
도 3a 내지 도 3c는 광전자 장치(40), 특히 다음을 포함하는 디스플레이 스크린 및 투사 장치의 일 실시형태를 도시한다.
- 하부 표면(44) 및 반대측의 상부 표면(46)을 포함하는 전도성 또는 반도체 기판(42) - 이 상부 표면(46)은 적어도 발광 다이오드의 어셈블리의 레벨에서 평면인 것이 바람직함 -;
- 기판(42)의 상부 표면(44)과 하부 표면(46) 사이에서 연장되고, 기판(42)을 전도성 부분 또는 반도체 부분(50)들로 분할하는 전기 절연 요소(48);
- 하부 표면(44)과 접촉되는 전도성 패드(52) - 각각의 부분(50)은 전도성 패드(52)들 중 하나와 접촉됨 -;
- 와이어의 성장을 조장하는 시드 패드(54) - 각각의 시드 패드(54)는 전도성 부분 또는 반도체 부분(50) 중 하나 상에서 표면(46)과 접촉됨 -;
- 와이어(56) - 각각의 와이어(56)는 시드 패드(54)들 중 하나와 접촉되고, 각각의 와이어(56)는 시드 패드(54)와 접촉되는 하부 부분(58) 및 하부 부분(58)에 연속되는 상부 부분(60)을 포함함 -;
- 기판(42)의 표면(46) 상에 연장되고, 각각의 와이어(56)의 하부 부분(58)의 측면 상에 연장되는 절연층(62);
- 각각의 와이어(56)의 상부 부분(60)을 피복하는 반도체 층의 적층체를 포함하는 셸(64);
- 각각의 셸(64)을 피복하는 전극을 형성하고, 와이어(56)들 사이의 절연층(62) 상에 연장되는 전도성의 적어도 부분적으로 투명한 층(66);
- 와이어(56)들 사이의 전극층(66)을 피복하지만 와이어(56) 상에 연장되지 않는 전도성 층(68) - 이 전도성 층(68)은 또한 전극층(66) 및 절연층(62) 내에 제공된 개구(69)를 통해 반도체 부분(50)들 중 하나와 접촉함 -; 및
- 이 전체 구조를 피복하는 투명한 캡슐화 층(70).
광전자 장치(40)는 캡슐화 층(70)의 내부 또는 캡슐화 층(70)의 상부에 도시되지 않은 형광물질층 및/또는 도시되지 않은 색필터를 더 포함할 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 형광물질은 특히 와이어(56)들 사이에 분포된다.
각각의 와이어(56) 및 관련된 셸(64)은 기본 발광 다이오드를 형성한다. 동일한 반도체 부분(50) 상에 위치된 이 기본 발광 다이오드는 발광 다이오드의 어셈블리(D)를 형성한다. 따라서, 각각의 어셈블리(D)는 병렬로 접속된 복수의 기본 발광 다이오드를 포함한다. 어셈블리(D) 당 기본 발광 다이오드의 수는 1 내지 수천 개, 전형적으로는 25 내지 100 개까지 변화된다. 어셈블리(D) 당 기본 발광 다이오드의 수는 어셈블리마다 다를 수 있다.
광전자 장치(40)의 각각의 디스플레이 서브-픽셀(Pix)은 전도성 부분 또는 반도체 부분(50) 및 부분(50) 상에 위치되는 발광 다이오드의 어셈블리(D) 중 하나를 포함한다. 도 3a에서, 디스플레이 서브-픽셀(Pix)들 사이는 점선(72)으로 개략적으로 분리되어 있다. 일 실시형태에 따르면, 평면도에서 각각의 서브-픽셀(Pix)에 의해 점유되는 표면적은 3 μm x 3 μm 내지 수 mm2, 전형적으로는 10 내지 100 μm2로 변화될 수 있다.
각각의 기본 발광 다이오드는 와이어를 적어도 부분적으로 피복하는 셸로 형성된다. 어셈블리(D)의 기본 발광 다이오드의 발현된 표면적은 어셈블리(D)를 포함하는 디스플레이 서브-픽셀(Pix)의 표면적보다 크다. 따라서, 디스플레이 서브-픽셀에 의해 공급될 수 있는 최대 광 강도는 2 차원 무기 발광 다이오드 기술로 형성된 디스플레이 서브-픽셀의 것보다 클 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 기판(42)은 모노리스 반도체 기판에 대응한다. 반도체 기판(42)은, 예를 들면, 실리콘, 게르마늄, 또는 GaAs와 같은 III-V족 화합물로 제조된 기판이다. 바람직하게는, 기판(42)은 단결정 실리콘 기판이다.
바람직하게는, 반도체 기판(42)은 저기 저항률을 금속의 전기 저항률에 근접하는 저항률, 바람직하게는 수 mohms.cm 미만까지 낮추도록 도핑된다. 기판(42)은, 바람직하게는, 5* 1016 원자/cm3 내지 2*1020 원자/cm3, 바람직하게는 1*1019 원자/cm3 내지 2*1020 원자/cm3, 예를 들면, 5*1019 원자/cm3의 범위의 도펀트 농도로 고농도-도핑된 반도체 기판이다. 광전자 장치의 제조 방법의 시작에서, 기판(42)은 275 μm 내지 1,500 μm의 범위, 바람직하게는 725 μm의 두께를 갖는다. 일단 광전자 장치가 형성되면, 이하에서 더 상세히 설명되는 박막화 단계 후에 기판(42)은 1 μm 내지 100 μm 범위의 두께를 갖는다. 실리콘 기판(42)의 경우, P형 도펀트의 예는 붕소(B) 또는 인듐(In)이고, N형 도펀트의 예는 인(P), 비소(As), 또는 안티모니(Sb)이다. 바람직하게는, 기판(42)은 N형 형광물질 도핑된다. 실리콘 기판(42)의 표면(44)은 (100) 표면일 수 있다.
시드 아일랜드로도 불리는 시드 패드(54)는 와이어(56)의 성장을 조장하는 재료로 제조된다. 시드 패드의 측면 상에서, 그리고 이 시드 패드로 피복되지 않은 기판 부분의 표면 상에서 와이어의 성장을 방지하기 위해, 시드 패드의 측면 및 이 시드 패드로 피복되지 않은 기판 부분의 표면을 보호하기 위한 처리가 제공될 수 있다. 이 처리는 시드 패드의 측면 상에 다이일렉트릭 영역을 형성하고, 기판의 상부 및 내부에 연장시키고, 다이일렉트릭 영역 상에서 와이어를 성장시킴이 없이 각각의 쌍의 패등에 대해 한 쌍의 패드 중 하나를 다른 쌍의 패드에 연결하는 것을 포함할 수 있다. 상기 다이일렉트릭 영역은 시드 패드(54) 상으로 연장될 수 있다. 변형례로서, 시드 패드(54)는 기판(42)의 표면(46)을 피복하는 시드 층으로 대체될 수 있다. 그러면 원하지 않는 위치에서의 와이어의 성장을 방지하기 위해 시드 층 상에 다이일렉트릭 영역이 형성될 수 있다.
일 실시례로서, 시드 패드(54)를 형성하는 재료는 원소의 주기율표의 IV, V, VI족으로부터의 천이 금속, 또는 원소의 주기율표의 IV, V, 또는 VI족으로부터의 천이 금속의 질화물, 탄화물, 또는 붕화물, 또는 이들 화합물의 조합일 수 있다.
일 실시례로서, 시드 패드(54)는 알루미늄 질화물(AlN), 붕소(B), 붕소 질화물(BN), 타이타늄(Ti), 또는 타이타늄 질화물(TiN), 탄탈럼(Ta), 탄탈럼 질화물(TaN), 하프늄(Hf), 하프늄 질화물(HfN), 니오븀(Nb), 니오븀 질화물(NbN), 지르코늄(Zr), 지르코늄 붕산염(ZrB2), 지르코늄 질화물(ZrN), 실리콘 탄화물(SiC), 탄탈럼 질화물 및 탄화물(TaCN), MgxNy 형태의 마그네슘 질화물(여기서, x는 is 약 3이고, y는 약 2임, 예를 들면, Mg3N2 형태의 마그네슘 질화물 또는 마그네슘 갈륨 질화물(MgGaN)), 텅스텐(W), 텅스텐 질화물(WN), 또는 이들의 조합으로 제조될 수 있다.
절연층(62)은 다이일렉트릭 재료, 예를 들면, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SixNy, 여기서 x는 약 3이고, y는 약 4임, 예를 들면, Si3N4), 실리콘 산질화물(SiOxNy, 여기서, x는 약 1/2이고, y는 약 1임, 예를 들면, Si2ON2), 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO2), 또는 다이아몬드로 제조될 수 있다. 일 실시례로서, 절연층(62)의 두께는 5 nm 내지 800 nm의 범위, 예를 들면, 약 30 nm이다.
와이어(56)는 적어도 부분적으로 하나 이상의 반도체 재료로 제조된다. 반도체 재료는 실리콘, 게르마늄, 실리콘 탄화물, III-V족 화합물, II-VI족 화합물, 또는 이들 화합물의 조합일 수 있다.
와이어(56)는 III-V족 화합물, 예를 들면, III-N 화합물을 주로 포함하는 반도체 재료로 적어도 부분적으로 제조될 수 있다. III족 원소의 예는 갈륨(Ga), 인듐(In), 또는 알루미늄(Al)을 포함한다. III-N 화합물의 예는 GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN, 또는 AlInGaN이다. 다른 V족 원소(예를 들면, 인 또는 비소)도 사용될 수 있다. 일반적으로, III-V족 화합물의 원소는 상이한 몰분율로 조합될 수 있다.
와이어(56)는 II-VI족 화합물을 주로 포함하는 반도체 재료로 적어도 부분적으로 제조될 수 있다. II족 원소의 예는 IIA족 원소, 특히 베릴륨(Be) 및 마그네슘(Mg) 및 IIB족 원소, 특히 아연(Zn) 및 카드뮴(Cd)을 포함한다. VI족 원소의 예는 VIA족 원소, 특히 산소(O) 및 텔루륨(Te)을 포함한다. II-VI족 화합물의 예는 ZnO, ZnMgO, CdZnO, 또는 CdZnMgO이다. 일반적으로, II-VI족 화합물 내의 원소는 상이한 몰분율로 조합된다.
와이어(56)는 도펀트를 포함할 수 있다. 일례로서, III-V족 화합물의 경우, 도펀트는 P형 II족 도펀트, 예를 들면, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 또는 수은(Hg), P형 V족 도펀트, 예를 들면, 탄소(C) 또는 N형 V족 도펀트, 예를 들면, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 셀레늄(Se), 황(S), 테르븀(Tb), 또는 주석(Sn)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
와이어(56)의 단면은, 예를 들면, 타원형, 원형, 또는 다각형 형상, 특히 삼각형, 직사각형, 정사각형, 또는 육각형과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다. 일 실시례로서, 도 3a에서, 와이어는 육각형 단면으로 도시되어 있다. 따라서, 와이어 또는 이 와이어 상에 침착된 층의 단면의 "직경" 또는 "평균 직경"이라는 용어는, 예를 들면, 와이어의 단면과 동일한 표면적을 갖는 디스크의 직경에 대응하는 이러한 단면의 목표 구조의 표면과 관련된 양을 나타내는 것으로 이해해야 한다. 각각의 와이어(56)의 평균 직경은 50 nm 내지 5 μm의 범위일 수 있다. 각각의 와이어(56)의 높이는 250 nm 내지 50 μm의 범위일 수 있다. 각각의 와이어(56)는 표면((46))에 실질적으로 수직인 축선을 따라 연장된 반도체 구조를 가질 수 있다. 각각의 와이어(56)는 대체로 원주 형상을 가질 수 있다. 2 개의 인접한 와이어(56)의 축선들은 0.5 μm 내지 10 μm, 바람직하게는 1.5 μm 내지 5 μm 만큼 이격될 수 있다. 일 실시례로서, 와이어(56)는 특히 육각형 망상에 따라 규칙적으로 분포될 수 있다.
일 실시례로서, 각각의 와이어(56)의 하부 부분(58)은 III-N 화합물, 예를 들면, 실리콘 도핑된, 예를 들면, N형의 기판(42)과 동일한 유형의 도핑된 갈륨 질화물로 주로 제조된다. 하부 부분(58)은 100 nm 내지 25 μm 범위일 수 있는 높이를 따라 연장된다.
일 실시례로서, 각각의 와이어(56)의 상부 부분(60)은 적어도 부분적으로 III-N 화합물, 예를 들면, GaN으로 제조된다. 상부 부분(60)은 하부 부분(58)보다 낮은 고농도 도핑된 N형 도핑되거나, 또는 의도적으로 도핑되지 않을 수 있다. 상부 부분(60)은 100 nm 내지 25 μm 범위일 수 있는 높이를 따라 연장된다.
셸(64)은 특히 다음과 같은 복수의 층의 적층체를 포함할 수 있다.
- 관련된 와이어(56)의 상부 부분(60)을 피복하는 활성층;
- 하부 부분(58)의 것과 반대되는 전도성 유형을 가지며, 활성층을 피복하는 중간층; 및
- 중간층을 피복하고, 전극(66)으로 피복된 연결층.
활성층은 기본 발광 다이오드에 의해 공급되는 대부분의 복사가 방출되는 층이다. 일 실시례에 따르면, 활성층은 다중 양자 우물과 같은 전하 운반체를 감금하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 예를 들면, 각각 5 내지 20 nm(예를 들면, 8 nm) 및 1 내지 15 nm(예를 들면, 2.5 nm)의 두께를 갖는 GaN 층 및 InGaN 층이 교대로 형성된다. GaN 층은, 예를 들면, of N형 또는 P형으로 도핑될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 활성층은, 예를 들면, 10 nm를 초과하는 두께를 갖는 단일의 InGaN 층을 포함할 수 있다.
예를 들면, P형 도핑된 중간층은 반도체층 또는 반도체층의 적층체에 대응할 수 있고, P-N 또는 P-I-N 접합을 형성할 수 있고, 활성층은 P-N 또는 P-I-N 접합의 중간의 P형 층과 상부의 N형 부분(60) 사이에 위치된다.
결합층은 반도체층 또는 반도체층의 적층체에 대응할 수 있고, 중간층과 전극(66) 사이에 저항 접점을 형성할 수 있다. 일 실시례로서, 결합층은, 예를 들면, 1020 원자/cm3 이상의 농도로 P형 도핑된 반도체 층이 퇴화될 때까지, 각각의 와이어(56)의 하부 부분(58)의 것과 반대의 유형으로 매우 고동도 도핑될 수 있다.
반도체층의 적층체는 활성층 및 중간층과 접촉하는 3원 합금, 예를 들면, 알루미늄 갈륨 질화물(AlGaN) 또는 알루미늄 인듐 질화물(AlInN)로 형성된 전자 장벽 층을 포함하여, 활성층 내에 전기 전달체의 양호한 분포를 보장한다.
전극(66)은 각각의 와이어(56)의 활성층을 바이어싱할 수 있고, 발광 다이오드에 의해 방출되는 전자기 복사를 통과시킬 수 있다. 전극(66)을 형성하는 재료는 인듐 주석 산화물(또는 ITO), 알루미늄 아연 산화물, 갈륨 아연 산화물 또는 인듐 아연 산화물, 또는 그래핀과 같은 투명한 전도성 재료일 수 있다. 일 예로서, 전극층(66)은 5 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 20 nm 내지 50 nm 범위의 두께를 갖는다.
전도성 층(68)은 바람직하게는 알루미늄, 구리, 금, 루테늄, 또는 은으로 제조된 금속층, 또는 예를 들면, 타이타늄-알루미늄, 실리콘-알루미늄, 타이타늄-니켈-은, 구리, 또는 아연으로 제조된 금속층의 적층체에 대응된다. 일 실시례로서, 전도성 층(68)은 20 nm 내지 1,500 nm, 바람직하게는 400 nm 내지 800 nm 범위의 두께를 갖는다. 전도성 층(68)은 와이어들 사이에만 제공되고, 그 방출 표면을 피복하지 않는다. 전도성 층(68)은 전류가 흐르는 동안에 저항 손실을 감소시킬 수 있다. 이것은 또한 발광 다이오드에 의해 기판을 향해 방출된 광선을 외부에 반사하는 반사체의 기능을 갖는다.
캡슐화 층(70)은 적어도 부분적으로 투명한 절연 재료로 제조된다. 캡슐화 층(70)의 최소 두께는 250 nm 내지 50 μm의 범위 내에 있으므로 캡슐화 층(70)은 발광 다이오드의 어셈블리(D)의 상부에서 전극(66)을 완전히 피복한다. 캡슐화 층(70)은 적어도 부분적으로 투명한 무기 재료러 제조될 수 있다. 일 실시례로서, 무기 재료는 SiOx(여기서, x는 1 내지 2의 실수임) 또는 SiOyNz(여기서, y 및 z는 0 내지 1의 실수임)의 실리콘 산화물 및 알루미늄 산화물(예를 들면, Al2O3)을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 캡슐화 층(70)은 적어도 부분적으로 투명한 유기 재료로 제조될 수 있다. 일 실시례로서, 캡슐화 층(70)은 실리콘 폴리머, 에폭시드 폴리머, 아크릴 폴리머, 또는 폴리카보네이트이다.
전기 절연 요소(48)는 기판(42)의 전체 두께에 걸쳐 연장되는, 그리고 절연 재료, 예를 들면, 산화물, 특히 실리콘 산화물, 또는 절연 폴리머로 충전되는 트렌치(trench)를 포함할 수 있다. 변형례로서, 각각의 트렌치(48)의 벽은 절연층으로 피복되고, 트렌치의 나머지는 반도체 또는 전도성 재료, 예를 들면, 폴리실리콘으로 충전된다. 다른 변형례에 따르면, 전기 절연 요소(48)는 기판(42)의 것과 반대인 극성 유형인, 그리고 기판(42)의 전체 깊이를 따라 연장되는 도핑된 영역을 포함한다. 일 실시례로서, 각각의 트렌치(48)는 1 μm를 초과하는 폭을 갖고, 특히 1 μm 내지 10 μm, 예를 들면, 약 2 μm이다. 한 쌍의 인접하는 트렌치(48)인 2 개의 트렌치(48) 사이의 거리는 5 μm를 초과하고, 예를 들면, 약 6 μm이다. 도 3b 및 도 3c에서, 전기 절연 요소(48)는 기판(42)의 부분(50)을 형성하는 인접한 트렌치(48) 쌍들을 포함한다. 일 실시례로서, 각각의 부분(50)을 전기적으로 절연시키기 위한 단일 트렌치(48)가 제공될 수 있다.
일반적으로, 이와 같은 얇은 트렌치는 선택된 에칭 기술 및 절연 기술에 따라 수십 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터 사이의 제한된 깊이로 형성될 수 있을 뿐이다. 따라서, 기판(42)은 전기 절연 요소(48)가 노출될 때까지 박막화되어야 한다.
이것을 달성하기 위해, 강성 재료로 제조된 핸들이 캡슐화 층(70)에 일시적으로 또는 최종적으로 결합될 수 있다. 핸들이 캡슐화 층(70)에 최종적으로 결합된 경우에 이 핸들은 적어도 부분적으로 투명한 재료로 제조된다. 이것은 유리, 특히 붕규산 유리, 예를 들면, 파이렉스로 공지되어 있는 유리, 또는 사파이어일 수 있다. 박막화 후에, 기판의 후방 표면(44)이 처리될 수 있고, 다음에 결합이 일시적인 경우에는 핸들이 분리될 수 있다.
각각의 전도성 패드(52)는 표면(44)을 피복하는 층 또는 층의 적층체에 대응할 수 있다. 변형례로서, 절연층이 표면(44)을 부분적으로 피복할 수 있고, 각각의 전도성 패드(52)는 이 절연층에 에칭된 개구를 통해 관련된 반도체 부분(50)과 접촉된다.
본 발명의 실시형태에서, 광전자 장치(40)는 도시되지 않은 가용성 전도성 요소, 예를 들면, 전도성 패드(52)에 결합된 솔더 범프(solder bump) 또는 인듐 범프에 의해 다른 회로에 결합된다. 다른 회로, 특히 제어 회로 상에 광전자 장치(40)의 조립은 종래의 매트릭스 하이브리다이제이션(hybridization) 기술, 예를 들면, 인듐, 또는 SnAg, 또는 구리 컬럼, 또는 금 패드(스터드 범프(stud bump) 기술)로 제조된 가용성 범프에 의해, 또는 전도성 분자 결합(구리와 구리)에 의해 수행된다. 전도성 패드(52)를 형성하는 금속 적층체는 선택된 어셈블리 기술과 호환가능하도록 선택된다. 일 실시례로서, 전도성 패드(52)는 Cu 또는 Ti-Ni-Au, Sn-Ag 또는 Ni-Pd-Au로 제조될 수 있다.
발광 다이오드의 어셈블리(D)의 하나 이상의 기본 발광 다이오드의 셸(64)의 활성층은 적어도 다른 발광 다이오드의 어셈블리의 기본 발광 다이오드의 셸의 활성층과 다르게 제조될 수 있다. 예를 들면, 제 1 어셈블리의 셸(64)의 활성층은 제 1 파장의 광, 예를 들면, 청색 광을 방출할 수 있고, 제 2 어셈블리의 셸(64)의 활성층은 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 광, 예를 들면, 녹색 광을 방출할 수 있다. 이것은, 예를 들면, 각각의 어셈블리에서 와이어의 피치 및 크기를 조정함으로써 얻어질 수 있고, 이는 활성층을 형성하는 양자 우물의 두께 및 조성을 변경시킨다.
또한, 제 3 어셈블리는 제 1 파장 및 제 2 파장과 다른 제 3 파장의 광, 예를 들면, 적색 광을 방출하도록 조정될 수 있다. 따라서, 청색 광, 녹색 광, 및 적색 광의 합성은 관찰자가 컬러 합성에 의해 백색 광을 감지하도록 선택될 수 있고, 각각의 다이오드, 또는 다이오드 어셈블리는 이 컬러를 조절하기 위해 다른 파장들로부터 독립적으로 어드레싱될 수 있는 제 1 파장, 제 2 파장 및 제 3 파장을 방출한다.
다른 실시형태에 따르면, 서브-픽셀의 발광 다이오드들 사이 및 상부에는 형광물질이 배치되어 있다. 이 형광물질은 발광 다이오드로부터 방출되는 농청색 광을 흡수할 수 있고, 이것을 녹색 또는 적색, 또는 심지어 청색으로 변환시킬 수 있다. 발광 다이오드의 자연 방출보다 청색 형광물질을 사용하는 것의 장점은 하나의 배치(batch)로부터 다른 배치에 이르기까지, 또는 동일한 기판 내에서 와이어의 자연 방출의 컬러 변동에 대해 청색 품질이 영향을 미치지 않는 것이다.
선택적 형광물질 침착 방법은 제 1 컬러의 형광물질 입자를 실리콘 레지스트와 혼합하는 단계, 및 다음에 전체 기판 및 발광 다이오드 상에 확산시킨 후에 포토리소그래피에 의해 원하는 서브-픽셀에 형광물질을 결합시키는 단계를 포함한다. 이 작업은 제 2 형광물질을 사용하여 반복되고, 상이한 컬러의 서브-픽셀이 존재할 때까지 다수회 반복된다.
다른 방법은 실리콘-형광물질 혼합물 및 특수 첨가제로 제조된 "잉크"를 이용한 잉크젯형 인쇄 설비를 이용하는 것이다. 인쇄에 의해, 서브-픽셀의 매핑(mapping), 배향 및 레버런싱(referencing)에 기초하여 형광물질이 요구되는 위치에 침착된다.
캡슐화 층(70) 상에는 렌즈가 제공될 수 있다. 일 실시례로서, 각각의 서브-픽셀에 대해 또는 서브-픽셀 어셈블리에 대해 하나의 렌즈가 제공될 수 있다.
전술한 실시형태에서, 절연층(62)은 각각의 와이어(56)의 하부 부분(58)의 전체 외형을 피복한다. 변형례로서, 하부 부분(58)의 일부 또는 심지어 전체 하부 부분(58)가 절연층(62)으로 피복되지 않을 수도 있다. 이 경우, 셸(64)은 상부 부분(60)의 높이보다 높은 높이까지, 또는 심지어 와이어(56)의 전체 높이를 따라 각각의 와이어(56)를 피복할 수 있다. 또한, 전술한 실시형태에서, 절연층(62)은 각각의 와이어(56)의 상부 부분(60)의 외형을 피복하지 않는다. 변형례로서, 절연층(62)은 각각의 와이어(56)의 상부 부분(60)의 일부를 피복할 수 있다. 또한, 다른 변형례에 따르면, 절연층(62)은 각각의 와이어(56)에 대해 셸(64)의 하부 부분을 부분적으로 피복할 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 특히 시드 패드(54)가 다이일렉트릭 층으로 피복된 시드 층으로 대체되고, 와이어가 다이일렉트릭 층 내에 제공된 개구 내의 시드 층 상에 형성되는 경우에는 층(62)이 없을 수도 있다.
광전자 장치(40)는 다른 집적 회로, 특히 광전자 장치(40)의 발광 다이오드의 어셈블리를 제어하기 위해 사용되는 전자 컴포넌트, 특히 트랜지스터를 포함하는 제어 회로 상에 설치될 수 있다.
동작 시, 전도성 층(68)에 전기적으로 접속된 전도성 패드(52)는 제 1 기준 전위의 소스에 접속될 수 있다. 활성화될 발광 다이오드의 어셈블리(D)의 기본 발광 다이오드를 상면에 위치시킨 기판(42)의 부분(50)과 접촉되는 전도성 패드(52)는 제 2 기준 전위의 소스에 접속되어 고려되는 어셈블리(D)의 기본 발광 다이오드를 통해 전류를 순환시킬 수 있다. 각각의 전도성 패드(52)가 관련되는 부분(50)의 상당 부분 상에 연장될 수 있으므로 균일한 전류의 분포가 얻어질 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에서, 광전자 장치(40)의 측면을 따라 부분(50)과 접촉된 전도성 층(68)이 도시되어 있다. 변형례로서, 전도성 층(68)은 광전자 장치(40)의 전체 외형을 따라 부분(50)과 접촉될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 적어도 부분적으로 광전자 장치(40)는 원용에 의해 본원에 포함되는 특허 출원 FR13/59413에 기술되어 있는 방법에 따라 형성된다.
광전자 장치(40)를 제조하는 방법의 일 실시형태는 다음의 단계를 포함할 수 있다.
(1) 각각의 전기 절연 요소(48)에 대해, 전방 표면(46)의 측면 상의 기판(42) 내에 개구를 에칭하는 단계. 개구는 반응성 이온 에칭 유형의 에칭, 예를 들면, DRIE 에칭에 의해 형성될 수 있다. 개구의 깊이는 후술되는 박막화 단계 후에 기판(42)의 목표 두께보다 깊다. 일 실시례로서, 개구의 깊이는 10 μm 내지 200 μm의 범위, 예를 들면 약 35 μm 또는 60 μm이다.
(2) 열산화 방법에 의해, 예를 들면, 개구의 측면 벽 상에, 예를 들면, 실리콘 산화물로 제조된 절연층을 형성하는 단계. 절연층의 두께는 100 nm 내지 3,000 nm의 범위, 예를 들면, 약 200 nm이다.
(3) 예를 들면, 저압 화학 증착(LPCVD)에 의해 증착된 고온에서 실행되는 제조 방법의 단계들과 양립가능한 충전 재료, 예를 들면, 폴리실리콘, 텅스텐, 또는 내화 금속 재료로 상기 개구를 충전시키는 단계. 폴리실리콘은 유리하게도 실리콘의 열팽창 계수에 근접한 열팽창 계수를 가지므로 고온에서 실시되는 제조 방법의 단계들 중에 기계적 응력을 감소시킬 수 있다.
(4) 실리콘 표면을 노출시키고, 릴리프를 제거하기 위한 화학-기계 폴리싱 단계(CMP).
(5) 원용에 의해 본원에 포함되는 특허 출원 WO2014/044960 및 FR13/59413에 기재된 바와 같은 에피택시얼 성장에 의해 시드 부분(54), 와이어(56), 절연층(62), 셸(64)을 형성하는 단계.
(6) 예를 들면, 컨포멀(conformal) 화학 증착(CVD), 특히 원자층 증착(ALD), 또는 물리 증착(PVD)에 의해 전체 구조 상에 전극(66)을 형성하는 단계.
(7) 절연층(62) 및 전극층(66)을 통해 개구(69)를 형성하는 단계.
(8) 단계 (7)에서 얻어진 전체 구조 상에, 예를 들면, PVD에 의해 전도성 층(68)을 형성하고, 각각의 와이어(56)를 피복하는 전극층(66)의 일부를 노출시키기 위해 이 층을 에칭시키는 단계.
(9) 층(68)의 적층 후에 접촉부를 어닐링함으로써 열처리하는 단계.
(10) 단계 (8)에서 얻어진 전체 구조 상에 캡슐화 층(70)을 침착시키는 단계.
(11) 측면 절연 요소까지 기판을 박막화하는 단계.
(12) 전도성 패드(52)를 형성하는 단계.
각각의 기본 발광 다이오드의 활성 영역이 와이어(56)의 일부 상에서 에피택시얼 성장 단계에 의해 형성된다. 따라서 광전자 장치(40)을 제조하는 방법은 발광 다이오드의 활성 여역을 열화시킬 수 있는 에칭 단계를 포함하지 않는다.
유리하게는, 디스플레이 서브-픽셀(Pix)의 한정은 전기 절연 요소(48)에 의해서만 수행되며, 기본 발광 다이오드 제조 단계의 수정을 유발하지 않는다. 일 실시형태에 따르면, 기본 발광 다이오드는 기판(42)의 표면(46) 상에 균일하게 분포될 수 있다. 비록 기본 발광 다이오드가 전기 절연 요소(48)와 수직으로 일치되어 기능적이지 않더라도 기본 발광 다이오드 제조 단계는 디스플레이 서브-픽셀의 형상이 무엇이든지 간에 동일하다는 장점을 갖는다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 실시형태에서, 광전자 장치(40)는 기판(42)의 하부 표면(44)의 측면 상에 제공된 솔더 범프에 의해 외부 회로에 전기적으로 접속된다. 그러나, 다른 전기 접속 모드도 구상될 수 있다.
전술한 실시형태에서, 기판(42)은 반도체 또는 전도성 재료로 제조된다. 다른 실시형태에 따르면, 기판(42)은 완전히 또는 부분적으로 절연 재료, 예를 들면, 실리콘 이산화물(SiO2) 또는 사파이어로 제조된다. 전도성 패드(52)와 전도성 층(68) 또는 시드 패드(54) 사이의 전기 접속은, 예를 들면, 실리콘 비어(via) 또는 TSV를 통해 그 전체 두께에 걸쳐 기판(42)을 가로지는 전도성 요소를 사용함으로써 형성될 수 있다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 광전자 장치(80), 특히 디스플레이 스크린 또는 투사 장치의 다른 실시형태의 도 3a, 도 3b, 및 도 3c와 각각 유사한 도면으로, 하나 이상의 전도성 패드(82)가 전방 표면(46)의 측면 상에서 전도성 층(68)과 접촉된다. 캡슐화 층(70)은 전도성 패드(52)를 노출시키는 개구(84)를 포함한다. 전술한 개구(69)는 제공되지 않는다. 전도성 층(68)이나 전극층(66)은 반도체 기판(42)과 전기 접촉되지 않는다. 또한, 기본 발광 다이오드에 전기적으로 접속되지 않는 반도체 기판(42)의 부분(50)과 접촉되는 전도성 패드(52)는 없을 수도 있다. 전도성 패드(82)는 도시되지 않은 와이어에 의해 도시되지 않은 외부 회로에 전기적으로 접속된다. 단일 전도성 패드(82)는 도 4a에 도시되어 있다. 변형례로서, 복수의 전도성 패드(82)는 전도성 층(68) 상에, 예를 들면, 광전자 장치(80)의 주변에 분포될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 광전자 장치(90), 특히 디스플레이 스크린 또는 투사 장치의 다른 실시형태인 도 3a 및 도 3b와 각각 유사한 도면이다. 광전자 장치(90)는 광전자 장치(40)의 모든 요소를 포함하고, 인접한 디스플레이 서브-픽셀들 사이의 전도성 층(68) 상에 위치된 불투명 부분(92), 즉 실질적으로 연속하는 전기 절연 요소(48)를 더 포함한다.
각각의 불투명 부분(92)의 높이는 와이어(56)의 높이 이상일 수 있다. 바람직하게는, 각각의 불투명 부분(92)의 높이는 인접한 어셈블리(D)의 2 개의 기본 발광 다이오드 사이의 최소 간격 이하이다. 일 실시례로서, 각각의 불투명 부분(82)은 흑색 수지로 제조될 수 있다. 이 수지는 전체 가시 스펙트럼에 걸쳐 전자기 복사를 흡수할 수 있는 것이 바람직하다. 유리하게도 불투명 부분(92)의 존재는 광전자 장치(90)의 콘트라스트를 증가시킬 수 있다.
상이한 변형례를 갖는 다양한 실시형태들이 위에서 설명되었다. 본 기술분야의 당업자는 임의의 진보성을 보이지 않는 이들 다양한 실시형태 및 변형례들을 조합할 수 있음에 유의해야 한다. 일 실시례로서, 도 5a 및 도 5b에 도시된 광전자 장치(90)의 구조는 도 4a, 도 4b, 및 도 4c에 도시된 광전자 장치(80)의 구조와 함께 사용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 반대측의 제 1 표면(46) 및 제 2 표면(44)을 포함하는 기판(42), 및 상기 제 1 표면(46)으로부터 상기 제 2 표면(44)까지 연장되는, 그리고 지지체 내에서 서로로부터 전기적으로 절연된 제 1 반도체 또는 전도성 부분(50)을 형성하는 측면 전기 절연 요소(48)를 포함하는 광전자 장치(40; 80; 90)로서,
    상기 광전자 장치는 각각의 제 1 부분에 대해 상기 제 1 부분과 접촉되는 상기 제 2 표면 상의 제 1 전도성 패드(52) 및 상기 제 1 표면 상에 위치되어 상기 제 1 부분과 전기적으로 접속되는 발광 다이오드 또는 발광 다이오드의 어셈블리(D)를 더 포함하고, 상기 광전자 장치는 상기 발광 다이오드의 모두를 피복하는 전도성의 적어도 부분적으로 투명한 전극층(66), 상기 전극층을 피복하는 절연성의 적어도 부분적으로 투명한 캡슐화 층(70), 및 상기 전극층에 전기적으로 접속되는 하나 이상의 제 2 전도성 패드(52; 82)를 포함하는,
    광전자 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 발광 다이오드는 상기 발광 다이오드의 복사의 대부분을 공급할 수 있는 하나 이상의 활성층을 포함하는 셸(64)과 일체화되거나, 또는 상기 셸(64)에 의해 상면 및/또는 적어도 측면의 일부가 피복된 하나 이상의 와이어-형상, 원추형, 또는 테이퍼형 반도체 소자(56)를 포함하는,
    광전자 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각각의 어셈블리의 발광 다이오드의 주위에 상기 전극층(66)을 피복하는 전도성 층(68)을 더 포함하는,
    광전자 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측면 전기 절연 요소(48)는 상기 제 1 표면(46)으로부터 상기 제 2 표면(44)까지 상기 기판(42) 내에서 연장되는 하나 이상의 절연벽을 포함하는,
    광전자 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측면 전기 절연 요소(48)는, 상기 지지체(42) 내에서, 상기 제 1 반도체 또는 전도성 부분(50)으로부터 전기적으로 절연된, 그리고 상기 전극층(66)에 전기적으로 접속된 제 2 반도체 또는 전도성 부분(50)을 더 형성하는,
    광전자 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 전도성 패드(52)는 상기 제 2 표면(44)의 측면 상에서 상기 제 2 반도체 또는 전도성 부분(50)과 전기 접촉되는,
    광전자 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 전도성 패드(82)는 상기 제 1 표면(46)의 측면 상에 위치되는,
    광전자 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(42)은 바람직하게는 실리콘, 게르마늄, 실리콘 탄화물, GaN 또는 GaAs와 같은 III-V족 화합물, 또는 ZnO로 제조되는,
    광전자 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판(42)은 단결정 실리콘으로 제조되고, 5*1016 원자/cm3 내지 2*1020 원자/cm3 범위의 도펀트 농도를 포함하는,
    광전자 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 반도체 소자(56)는 주로 III-V족 화합물, 특히 갈륨 질화물, 또는 II-VI족 화합물로 제조되는,
    광전자 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캡슐화 층(70) 상에 렌즈를 포함하는,
    광전자 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전자 장치는 디스플레이 스크린 또는 투사 장치인,
    광전자 장치.
  13. 광전자 장치(40; 80; 90)를 제조하는 방법으로서,
    a) 반대측의 제 1 표면(46) 및 제 2 표면(44)을 포함하는 기판(42) 내에 측면 전기 절연 요소(48)를 형성하는 단계 - 상기 측면 전기 절연 요소(48)는 상기 제 1 표면(46)으로부터 상기 제 2 표면(44)까지 연장되고, 지지체 내에서 서로로부터 전기적으로 절연된 제 1 반도체 또는 전도성 부분(50)을 형성하고, 각각의 제 1 부분에 대해 상기 제 1 부분과 접촉하는 제 2 표면 상에 제 2 전도성 패드(52)를 형성함 -;
    b)각각의 제 1 부분에 대해, 상기 제 1 표면 상에 위치되고, 상기 제 1 부분에 전기적으로 접속되는 발광 다이오드 또는 발광 다이오드의 어셈블리(D)를 형성하는 단계; 및
    C) 각각의 제 1 부분에 대해, 상기 발광 다이오드의 전부를 피복하는 전도성의 적어도 부분적으로 투명한 전극층(66), 상기 전극을 피복하는 적어도 부분적으로 투명한 다이일렉트릭 재료로 제조된 캡슐화 층(70), 및 상기 전극층에 전기적으로 접속되는 하나 이상의 제 2 전도성 패드(52; 82)를 형성하는 단계를 포함하는,
    광전자 장치의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 단계 a)는,
    상기 단계 b) 전에, 상기 기판(42) 내에 상기 제 1 표면(46)으로부터 하방으로 상기 기판의 깊이의 일부까지 연장되는 측면 전기 절연 요소(48)를 형성하는 단계; 및
    상기 단계 c) 후에, 상기 제 2 표면(44)을 형성하기 위해, 그리고 상기 제 2 표면 상에 상기 측면 전기 절연 요소(48)를 노출시키기 위해 상기 기판(42)을 박막화하는 단계를 포함하는,
    광전자 장치의 제조 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    특히 포토리소그래피 기술 또는 인쇄에 의해 상기 발광 다이오드의 적어도 일부 상에 형광물질을 침착시키는 단계를 더 포함하는,
    광전자 장치의 제조 방법.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 발광 다이오드는 상기 발광 다이오드의 복사의 대부분을 공급할 수 있는 하나 이상의 활성층을 포함하는 셸(64)과 일체화되거나, 또는 상기 셸(64)에 의해 상면 및/또는 적어도 측면의 일부가 피복된 하나 이상의 와이어-형상, 원추형, 또는 테이퍼형 반도체 소자(56)를 포함하는,
    광전자 장치의 제조 방법.
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