TW202215394A - 包括發光二極體的彩色顯示光電裝置 - Google Patents

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Abstract

本說明書涉及一種光電裝置(10)，其包括具有一軸向構型之第一、第二及第三三維發光二極體。每一發光二極體包括一半導體元件(20、22、24)及擱在該半導體元件上之一作用區。每一半導體元件對應於一微米線、一奈米線、一奈米或微米範圍錐形元件或截頭錐形元件。該等第一、第二及第三發光二極體經組態以分別發射第一、第二及第三波長的第一、第二及第三輻射。該等第一、第二及第三發光二極體之該等半導體元件分別具有第一直徑(D1)、第二直徑(D2)及第三直徑(D3)。該第一直徑(D1)小於該第二直徑(D2)且該第二直徑(D2)小於該第三直徑(D3)，該第一波長大於該第三波長且該第二波長大於該第一波長。

Description

包括發光二極體的彩色顯示光電裝置
本專利申請案主張法國專利申請案FR20/09895的優先權益，該案以引用的方式併入本文中。
本發明大體而言涉及包括奈米線或微米線型三維半導體元件之光電裝置，以及製造該光電裝置之方法，且更特定而言，涉及能夠顯示影像之光電裝置，特別是顯示螢幕或影像投影裝置。
影像之像素對應於由光電裝置顯示或捕獲之影像的單位元素。為了顯示彩色影像，光電裝置通常包括用於顯示影像之每一像素的至少三個組件，亦稱為顯示子像素，該等顯示子像素各自發射大致為單種顏色(例如，紅色、綠色及藍色)的光輻射。三個顯示子像素所發射之輻射的疊加給觀察者提供對應於所顯示影像之像素之彩色感覺。在此情況下，用於顯示影像之像素之三個顯示子像素所形成的總成被稱為光電裝置之顯示像素。
存在包括基於III-V族化合物之奈米線或微米線型三維半導體元件之光電裝置，奈米線或微米線型三維半導體元件使得能夠形成所謂的三維發光二極體。發光二極體包括作用區，作用區係發光二極體之從中發射發光二極體所供應之大部分電磁輻射的區。三維發光二極體可形成為所謂的徑向構型(亦稱為核/殼構型)，其中作用區在三維半導體元件之周邊處形成。三維發光二極體亦可形成為所謂的軸向構型，其中作用區不覆蓋三維半導體元件之周邊而是基本上沿著縱向磊晶生長軸線延伸。
呈軸向構型之三維發光二極體所具有的發射表面積小於呈徑向構型之發光二極體的發射表面積，但是優點在於由具有更好的結晶品質之半導體材料製成，從而提供更高的內部量子效率，特別是由於半導體層之間的界面處的應力之更好的鬆弛。
已知的是用光致發光材料覆蓋發光二極體，光致發光材料能夠將作用區所發射之電磁輻射轉換成不同波長(特別是更高波長)的電磁輻射。然而，此類光致發光材料可具有高成本，具有低轉換效率，且具有隨時間降級之效能。
因此將期望能夠形成包括經組態以直接發射三種不同顏色的輻射之發光二極體之光電裝置以獲得彩色顯示器而不使用光致發光材料。
此外，製造基於III-V族化合物之軸向型三維發光二極體之作用區的方法之工業開發係棘手的操作。已知的是藉由使用不同直徑的半導體元件同時形成發光二極體(然而發射不同顏色的輻射)，作用區所發射之輻射之波長特定而言取決於半導體元件的直徑及半導體元件之間的距離，波長理論上隨著半導體元件的直徑減小。然而，可能難以形成以藍色發射的發光二極體，該等發光二極體將對應於直徑太小而不能在工業規模上與製造方法相容的半導體元件。
因此，實施例之一目標在於至少部分地克服先前描述之包括發光二極體的光電裝置之缺點。
實施例之另一目標係使每一發光二極體之作用區包括基於III-V族化合物之半導體材料層的堆疊。
實施例之另一目標係使光電裝置包括經組態以發射三種不同顏色的光輻射的發光二極體而不使用光致發光材料。
實施例之另一目標係使光電裝置包括經組態以發射三種不同顏色的光輻射且係同時被製造的發光二極體。
實施例提供一種光電裝置，其包括具有軸向構型之第一、第二及第三三維發光二極體，每一發光二極體包括半導體元件及擱在半導體元件上之作用區，每一半導體元件對應於微米線、奈米線、奈米或微米範圍錐形元件或者奈米或微米範圍截頭錐形元件，第一發光二極體經組態以發射第一波長的第一輻射，第一發光二極體之半導體元件具有第一直徑，第二發光二極體經組態以發射第二波長的第二輻射，第二發光二極體之半導體元件具有第二直徑，且第三發光二極體經組態以發射第三波長的第三輻射，第三發光二極體之半導體元件具有第三直徑，第一直徑小於第二直徑且第二直徑小於第三直徑，第一波長大於第三波長且第二波長大於第一波長。
根據實施例，第一直徑自80 nm至150 nm變化。
根據實施例，第二直徑自200 nm至350 nm變化。
根據實施例，第三直徑自370 nm至500 nm變化。
根據實施例，第一波長在510 nm至570 nm的範圍內。
根據實施例，第二波長在600 nm至720 nm的範圍內。
根據實施例，第三波長在430 nm至490 nm的範圍內。
根據實施例，裝置包括接合至第二電子電路之第一光電電路，第二電子電路包括導電墊，第一光電電路包括像素且針對每一像素包括： -   第一導電層； -   針對第一、第二及第三發光二極體中之每一者，該半導體元件垂直於第一導電層延伸且與第一導電層接觸，且作用區擱在半導體元件之與第一導電層相反的末端上；以及 -   電耦接至導電墊的第二、第三、第四及第五導電層，第二導電層耦接至第一發光二極體之作用區，第三導電層耦接至第二發光二極體之作用區，第四導電層耦接至第三發光二極體之作用區，且第五導電層耦接至第一導電層。
根據實施例，每一作用區包括單個量子井或多個量子井。
根據實施例，半導體元件及作用區由III-V族化合物製成。
根據實施例，第一、第二及第三發光二極體之半導體元件係藉由MOCVD形成。
根據實施例，第一、第二及第三發光二極體之作用區係藉由MBE形成。
根據實施例，第一、第二及第三發光二極體之半導體元件擱在基板上且與適合於第一、第二及第三發光二極體之半導體元件之磊晶生長的材料接觸。
根據實施例，第一、第二及第三發光二極體形成單片式結構。
實施例亦提供一種製造諸如先前所定義之光電裝置的方法，其包括以下連續步驟： -   同時形成第一、第二及第三發光二極體之半導體元件；以及 -   在第一、第二及第三發光二極體之半導體元件上同時形成第一、第二及第三發光二極體之作用區。
根據實施例，方法包括以下連續步驟： -   在支撐件上同時形成第一、第二及第三發光二極體之半導體元件且在第一、第二及第三發光二極體之半導體元件上形成第一、第二及第三發光二極體之作用區； -   在第一、第二及第三發光二極體之三維半導體元件之間形成電絕緣層；以及 -   移除支撐件。
在各個圖中，相似的特徵由相似的參考符號表示。特定而言，各個實施例當中共有的結構及/或功能特徵可具有相同的參考符號且可處置相同的結構、尺寸及材料性質。為了清楚起見，僅詳細示出並描述了可用於理解本文中描述之實施例之步驟及元件。特定而言，用於控制光電裝置的發光二極體的手段是眾所周知的並且將不進行描述。
在以下描述中，當參考限定絕對位置之術語(諸如術語「前」、「後」、「頂部」、「底部」、「左」、「右」等)或限定相對位置之術語(諸如術語「上方」、「下方」、「上部」、「下部」等)，或參考限定方向之術語(諸如術語「水平」、「垂直」等)時，參考的是圖式之定向或在正常使用位置中的光電裝置。
除非另外指出，否則當參考連接在一起之兩個元件時，此表明直接連接而沒有除導體之外的任何中間元件，且當參考耦接在一起之兩個元件時，此表明此等兩個元件可經連接或它們可經由一或多個其他元件耦接。
除非另外規定，否則表達「約」、「大約」、「大致」及「大概」表明在10%內，且較佳地在5%內。此外，除非另外規定，否則表達「絕緣的」意謂「電絕緣的」且表達「傳導的」意謂「導電的」。在以下描述中，層之內部透射率對應於從層中出來之輻射的強度與進入層中之輻射的強度的比率。層之吸收率等於1與內部透射率之間的差。在以下描述中，當穿過層之輻射之吸收率小於60%時，層被稱為對輻射係透明的。在以下描述中，當層中之輻射之吸收率高於60%時，層被稱為對輻射係吸收性的。當輻射表現出具有最大值之「鐘」形光譜(例如，高斯形)時，輻射之波長或者輻射之中心波長或主波長表示達到光譜之最大值時所在的波長。在以下描述中，材料之折射率對應於材料針對光電裝置所發射之輻射的波長範圍之折射率。除非另外規定，否則認為折射率在有用輻射之波長範圍上大致恆定，例如，等於折射率在光電裝置所發射之輻射的波長範圍上之平均值。
本申請案特定而言涉及包括發光二極體的光電裝置，發光二極體包括三維元件，例如，微米線、奈米線、奈米或微米範圍錐形元件或者奈米或微米範圍截頭錐形元件。特定而言，錐形或截頭錐形元件可為圓錐形或截頭錐形元件或者棱錐形或截頭錐形元件。在以下描述中，針對包括微米線或奈米線之電子裝置特定描述了實施例。然而，可針對除微米線或奈米線以外的三維元件(例如，錐形或截頭錐形三維元件)實施此類實施例。
術語「微米線」、「奈米線」、「錐形元件」或「截頭錐形元件」表示以下三維結構：具有沿著較佳方向拉長之形狀，具有在5 nm至2.5 µm、較佳地50 nm至1 µm、更佳地30 nm至300 nm的範圍內的至少兩個維度(稱為小維度)，第三維度(稱為主維度)大於或等於最大小維度(例如，在1 µm至5 µm的範圍內)的1倍，較佳地大於或等於最大小維度的5倍。
在以下描述中，術語「線」用於表示「微米線」或「奈米線」。較佳地，在垂直於線的較佳方向之平面中穿過橫截面之重心的線的中線大致為直線且下文中稱為線的「軸線」。線直徑在本文中定義為在橫截面層級上的與線之周長相關聯的數量。此可為具有與線之橫截面相同的表面之圓盤之直徑。局部直徑(下文中亦稱為直徑)係沿著線軸線在其給定高度之層級上的線直徑。平均直徑係沿著線或其部分之局部直徑的平均值，例如算術平均值。
根據實施例，每一軸向型發光二極體包括如先前所描述之線及在線之上部分上的作用區。作用區係從中發射發光二極體所供應之大部分輻射的區。作用區可包括局限構件。作用區可包括量子井、兩個量子井或複數個量子井，每一量子井介於兩個障壁層之間，量子井所具有的帶隙能量小於障壁層的帶隙能量。作用區可包括由三元化合物製成之量子井或多個量子井，三元化合物包括線之III族及V族元素以及額外的III族元素。作用區所發射之輻射之長度取決於額外的III族元素之併入比例。例如，線可由GaN製成而量子井可由InGaN製成。作用區所發射之輻射之長度因此取決於In之併入比例。
已知的是，額外的III族元素之比例根據線直徑而變化。然而，到目前為止提及此種變化之文件描述了額外的III族元素之比例根據線直徑增大，且因此包括此種線之軸向型發光二極體所發射之輻射的波長增大。
發明者已展示，可觀察到第一、第二及第三連續的直徑範圍，其中當線直徑在第一直徑範圍上增大時，發光二極體所發射之輻射之波長增大，當線直徑在第二直徑範圍上增大時，發光二極體所發射之輻射之波長減小，且當線直徑在第三直徑範圍上增大時，發光二極體所發射之輻射之波長停滯。
利用藉由金屬有機化學氣相沉積(metal-organic chemical vapor deposition，MOCVD)形成之線及通常藉由分子束磊晶術(molecular beam epitaxy，MBE)形成之作用區，已有利地獲得此等結果。
可實施先前描述之方法以製造能夠顯示影像之光電裝置，特別是顯示螢幕或影像投影裝置。特定而言，可實施先前描述之方法以製造不同平均直徑的線，例如，具有小平均直徑的第一線、具有中間直徑的第二線及具有大平均直徑的第三線。在第一、第二及第三線上形成之作用區將發射不同波長的輻射。特定而言，具有小平均直徑的第一線將發射第一中心波長的輻射，具有中間平均直徑的第二線將發射第二中心波長的輻射，且具有中間平均直徑的第三線將發射第三中心波長的輻射，第二波長大於第一波長且第三波長小於第一波長。然後可製造彩色顯示螢幕。
與能夠藉由MBE獲得之線相比，藉由MOCVD形成線有利地使得能夠獲得具有較少缺陷(特別是沒有缺陷)的線。藉由MOCVD形成線有利地使得能夠獲得線之快速生長。其進一步使得能夠輕易獲得所具有的直徑符合根據本發明實施之直徑-波長變化曲線之線。與MOCVD方法相比，MBE方法有利地使得能夠將更大比例之額外的III族元素併入至量子井中。
此外，作用區僅在線之上部分上而不在線之橫向側上形成的事實有利地使得能夠僅在c平面或半極性平面上而不在m平面上形成作用區。與作用區生長於m平面上的情況相比，此有利地使得能夠將更大比例之額外的III族元素併入至量子井中。
第1圖係由諸如先前所描述之線形成且能夠發射電磁輻射之光電裝置10的部分簡化剖視圖。根據實施例，提供了包括至少兩個積體電路12及14 (亦稱為晶片)之光電裝置10。第一積體電路12包括發光二極體。第二積體電路14包括用於控制第一積體電路12之發光二極體的電子組件，特別是電晶體。第一積體電路12例如藉由分子接合或藉由「覆晶」型接合(特別是球或微管「覆晶」方法)接合至第二積體電路。第一積體電路12在以下描述中稱為光電電路或光電晶片且第二積體電路14在以下描述中稱為控制電路或控制晶片。
較佳地，光電晶片12僅包括發光二極體及此等發光二極體之連接元件且控制晶片14包括控制光電晶片之發光二極體所必需的所有電子組件。作為變型，除了發光二極體之外，光電晶片12亦可包括其他電子組件。
第1圖在其左手部分中展示光電晶片12之用於顯示像素的元件(針對每一顯示像素重複該結構)，且在其右手部分中展示鄰近於顯示像素且可為複數個顯示像素所共有的元件。
光電晶片12在第1圖中從底部至頂部包括： -   電絕緣層16，其對發光二極體所發射之電磁輻射至少部分地透明且對表面17進行定界； -   導電層18，其對發光二極體所發射之電磁輻射至少部分地透明； -   直徑D1的第一線20(展示了三條第一線)、直徑D2的第二線22(展示了三條第二線)及直徑D3的第三線24(展示了三條第三線)，第一、第二及第三線具有彼此平行且垂直於表面17的軸線，自導電層18延伸且與導電層18接觸，直徑D1小於直徑D2且直徑D2小於直徑D3； -   在每一第一線20之與導電層18相反之末端處的第一頭部26、在每一第二線22之與導電層18相反之末端處的第二頭部28及在每一第三線24之與導電層18相反之末端處的第三頭部30； -   在線20、22、24之間的由第一電絕緣材料製成的電絕緣層32，其所具有的厚度大致等於線20、22、24及相關聯的頭部26、28、30之高度H之總和(沿著線的軸線量測)； -   第二電絕緣材料的電絕緣層34，第二電絕緣材料可與第一絕緣材料不同或與第一絕緣材料相同，電絕緣層34圍繞第一絕緣層32延伸且具有與絕緣層32相同的厚度； -   跨絕緣層34之整個厚度延伸穿過絕緣層34之開口36； -   導電層38，其在開口36中延伸且與導電層18接觸； -   相異的導電層42、44、46、48，導電層42與第一頭部26接觸，導電層44與第二頭部28接觸，導電層46與第三頭部30接觸，且導電層48與導電層38接觸； -   電絕緣層50，其覆蓋導電層42、44、46及48且在導電層42、44、46及48之間延伸且對較佳大致平坦的表面51進行定界；以及 -   導電墊52、54、56、58，其能夠具有多層結構，延伸穿過絕緣層50且與表面51齊平，導電墊52與導電層42接觸，導電墊54與導電層44接觸，導電墊56與導電層46接觸，且導電墊58與導電層48接觸。
控制晶片14特定而言在光電晶片12之一側上包括對較佳大致平坦的表面61進行定界之電絕緣層60，及與表面61齊平之導電墊62，導電墊62電耦接至導電墊52、54、56、58。在控制晶片14藉由分子接合接合至光電晶片12的情況下，導電墊62可與導電墊52、54、56、58接觸。在控制晶片14藉由「覆晶」型接合接合至光電晶片12的情況下，焊球或微管可介於導電墊62與導電墊52、54、56、58之間。
由每一線20、22、24及相關聯的頭部26、28、30形成之總成形成呈軸向構型的線形基本發光二極體。
第2圖係發光二極體之頭部26之更詳細實施例的部分簡化剖視圖。頭部28及30可具有類似的結構。
頭部26在第2圖中從底部至頂部包括： -   可能的半導體層70，亦稱為半導體帽，其由與線20相同的材料製成且摻雜有第一傳導性類型(例如，類型N)，覆蓋線20之上部末端72且具有上表面74； -   作用區76，其覆蓋半導體層70之表面74；以及 -   半導體堆疊78，其覆蓋作用區76且包括至少一個半導體層80，半導體層80具有與線20之傳導性類型相反的傳導性類型，覆蓋作用區76。
每一線20、22、24及每一半導體層70、80至少部分地由至少一種半導體材料形成。根據實施例，半導體材料選自包括III-V族化合物(例如，III-N化合物)之組。III族元素之實例包括鎵(Ga)、銦(In)或鋁(Al)。III-N化合物之實例係GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。亦可使用其他V族元素，例如，磷或砷。通常，III-V族化合物中的元素可以不同的莫耳分率進行組合。線20、22、24及/或半導體層70、80之半導體材料可包括摻雜劑，例如，確保III-N化合物之N型摻雜的矽或確保III-N化合物之P型摻雜的鎂。
堆疊78可進一步包括在作用區76與半導體層80之間的電子阻擋層82，及在與作用區76相反的一側上覆蓋半導體層80之接合層84，接合層84由導電層42覆蓋。接合層84可由與半導體層80相同的半導體材料製成，具有與半導體層80相同的傳導性類型，但是具有更大的摻雜劑濃度。接合層84使得能夠在半導體層80與導電墊42之間形成歐姆接觸。
作用區76係從中發射發光二極體所供應之大部分輻射的區。根據實施例，作用區76可包括局限構件。作用區76可包括較佳地介於兩個障壁層之間的至少一個量子井，至少一個量子井包括一層額外的半導體材料，其所具有的帶隙能量小於半導體層70及半導體層80的帶隙能量，從而改良電荷載體之局限。額外的半導體材料可包括經摻雜的半導體層70、80之III-V族化合物，其中併入有至少一種額外元素。作為實例，在線20、22、24由GaN製成的情況下，形成量子井之額外材料較佳為InGaN。作用區76可由單個量子井或複數個量子井製成。
根據較佳實施例，每一線20、22、24由GaN製成。半導體層70可由GaN製成且摻雜有第一傳導性類型(例如，類型N)，特別是摻雜有矽。沿著軸線C量測之導電層70之高度可在10 nm至1 µm的範圍內，例如，在20 nm至200 nm的範圍內。作用區76可包括單個或複數個量子井，例如，由InGaN製成。作用區76可包括在半導體層70、80之間延伸的單個量子井。作為變型，作用區76可包括多個量子井且其於是由量子井86 (例如，由InGaN製成)及障壁層88 (例如，由GaN製成)沿著軸線C之交替形成，在第2圖中作為實例展示了三個GaN層88及兩個InGaN層86。GaN層88可例如為N或P型摻雜的，或未摻雜的。沿著軸線C量測之作用區76之厚度可在2 nm至100 nm的範圍內。導電層80可由GaN製成且摻雜有與第一類型相反的第二傳導性類型(例如，類型P)，特別是摻雜有鎂。沿著軸線C量測之半導體層80之厚度可在20 nm至100 nm的範圍內。當電子阻擋層82存在時，其可由GaN或三元III-N化合物(例如，AlGaN或AlInN)製成，有利地為P型摻雜的。此使得能夠增大作用區76中之輻射組合率。電子阻擋層82之厚度可在10 nm至50 nm的範圍內。電子阻擋層82可對應於InAlGaN或AlGaN及GaN層之超晶格，每一層例如具有2 nm厚度。
已進行測試。對於測試，線20由GaN製成。作用區76各自包括由InGaN製成的七個量子井，該等量子井由GaN層分離。線20已藉由MCVD形成而作用區76已藉由MBE形成。已量測作用區76所發射之輻射之波長，以及線20的直徑。
第3圖收集此等測試之結果。縱坐標軸展示作用區76所發射之輻射之中心波長λ (以奈米表示)，且橫坐標軸展示線20之直徑D (以奈米表示)。第一系列測試之結果在第3圖中藉由白色圓圈展示，且第二系列測試之結果在第3圖中藉由黑色圓圈展示。曲線CT係藉由三次樣條迴歸自第一及第二測試處獲得之值獲得的波長λ根據直徑D的變化的曲線。水平線R、G及B分別對應於紅色、綠色及藍色。
作為比較，黑色菱形展示名為「Monolithic integration of four-colour InGaN-based nanocolumn LEDs」的Kishino等人的出版物(Elec Letters，2015年5月28日，第51卷，第852-854頁)中所揭示之結果，且包含十字的六邊形展示名為「Tunable, Full-Color Nanowire Light Emitting Diode Arrays Monolithically Integrated on Si and Sapphire」的Mi等人的出版物(Proc. of SPIE，第9748+卷，2016年)中所揭示之結果。比較結果係藉由GaN線及具有單個InGaN量子井之作用區獲得的。此外，針對Mi等人及Kishino的出版物，線及作用區係藉由MBE形成的。對於比較結果，可觀察到所發射輻射之波長隨著線直徑增大。已知的是，當量子井中之銦的比例增大時，作用區所發射之輻射之波長增大。比較結果因此表明，當線直徑增大時，單個量子井中之銦的比例會增大。
已使得藉由MOCVD形成線能夠形成直徑大於通常藉由MBE達成之直徑的線，因此在藉由MBE形成作用區之後，已意外地觀察到變化曲線CT連續地包括：第一上升部分C1，針對此部分，所發射輻射之波長隨著線之直徑增大；第二下降部分C2，針對此部分，所發射輻射之波長隨著線之直徑減小；以及第三大致恆定部分C3，針對此部分，所發射輻射之波長隨著線直徑變化很小。
根據實施例，第一上升部分C1係針對在大約50 nm至大約300 nm之第一範圍P1內變化之線直徑獲得的。在第一上升部分上發射之輻射之波長自大約510 nm增大至大約675 nm。根據實施例，第二下降部分C2係針對在大約300 nm至大約375 nm之第二範圍P2內變化之線直徑獲得的。在第二下降部分上發射之輻射之波長自大約675 nm減小至大約475 nm。根據實施例，第三恆定部分C3係針對在大約375 nm至大約550 nm之第三範圍P3內之線直徑獲得的。在第三恆定部分上發射之輻射之波長在大約460 nm與490 nm之間變化。如第3圖所示，以藍色發射的發光二極體可形成有在第三範圍P3內的直徑，且以綠色及紅色發射的發光二極體可形成有在第一範圍P1內的直徑。以綠色發射的發光二極體可形成有在第二範圍P2內的直徑。然而，實際上，根據直徑獲得的波長之變異度可能太高而不能在工業規模上應用。
藉由形成具有小直徑D1的線20之第一發光二極體、具有中間直徑D2的線22之第二發光二極體及具有大直徑D3的線24之第三發光二極體，形成了顯示像素。
第4圖展示XY色度圖，其上藉由黑色圓圈指示第一及第二測試之結果。藉由選擇輻射對應於圓圈DR、DG及DB (該等圓圈最靠近色度圖之「頂點」)之發光二極體來形成顯示子像素，有可能顯示影像像素，其顏色可藉由對應於圓圈DR、DG及DB之顏色之組合獲得。對於圓圈DR，直徑等於大約200 nm至250 nm。對於圓圈DG，直徑等於大約100 nm至150 nm。對於圓圈DB，直徑大於或等於大約 370 nm。看起來，可達到色度圖之大部分。
第5圖展示根據分別由對應於第4圖中的圓圈DR、DG及DB之發光二極體發射之輻射的波長λ (以奈米(nanometer，nm)表達)的光強度I (以任意單位(arbitrary unit，a.u.)表達)之曲線C R、C G及C B。如在此圖式中所示，此等發光二極體之輻射之光譜相對窄。
第6圖示出第3圖的曲線CT之變化之可能的解釋。第6圖非常示意性地展示三條線20、22、24，而沒有展示相關聯的作用區76、半導體堆疊78以及導電層42、44及46。每一線20、22、24之上部分可包括c平面(垂直於軸線C之表面90)及/或半極性平面(相對於軸線C傾斜之表面92)。作用區76可能會覆蓋c平面及/或半極性平面。作用區76之覆蓋c平面的部分的光學性質與作用區76之覆蓋半極性平面的部分之光學性質不同。特定而言，向作用區76之覆蓋c平面的部分中併入額外元素的最大速率大於向作用區76之覆蓋半極性平面的部分中併入額外元素的最大速率。第3圖的曲線CT之變化之解釋將為以下：在第一直徑範圍P1內，作用區76之擱在c平面上的部分在作用區76所發射之連續輻射中的貢獻超過作用區76之擱在半極性平面上的部分的貢獻。因此，可觀察到連續輻射之波長隨著線直徑增大。在第二直徑範圍P2內，作用區76之擱在c平面上的部分在連續輻射中的貢獻的重要性及作用區76之擱在半極性平面上的部分在連續輻射中的貢獻的重要性被反轉，且因為銦向作用區76之擱在半極性平面上的部分中之併入減小，所以連續輻射之中心波長減小。在第三直徑範圍P3內，作用區76之擱在半極性平面上的部分在作用區76所發射之連續輻射中的貢獻超過作用區76之擱在c平面上的部分的貢獻，其導致所發射輻射之中心波長之停滯。
再次考慮第1圖，根據實施例，光電裝置10之每一顯示像素包括至少三種類型之發光二極體。根據實施例，例如包括線20及頭部26之第一類型之發光二極體適於發射第一中心波長的第一輻射。例如包括線22及頭部28之第二類型之發光二極體適於發射第二中心波長的第二輻射。例如包括線24及頭部30之第三類型之發光二極體適於發射第三中心波長的第三輻射。第一、第二及第三中心波長不同。
根據實施例，第一波長對應於綠光且在510 nm至550 nm的範圍內。根據實施例，第一直徑D1自80 nm至150 nm變化。根據實施例，第二波長對應於紅光且在600 nm至720 nm的範圍內。根據實施例，第二直徑D2自200 nm至350 nm變化。根據實施例，第三波長對應於藍光且在430 nm至490 nm的範圍內。根據實施例，第三直徑D3自370 nm至500 nm變化。有利地，如自第3圖看出，超過等於大約400 nm之直徑，作用區76所發射之輻射之波長對線直徑幾乎不敏感。
根據實施例，每一顯示像素Pix包括第四類型之發光二極體，第四類型之發光二極體適於發射第四波長的第四輻射。第一、第二、第三及第四波長可為不同的。根據實施例，第四波長對應於黃光且在570 nm至600 nm的範圍內，或對應於青色且在490 nm至510 nm的範圍內，或通常對應於除第一、第二及第三輻射以外的任何其他顏色。
根據實施例，對於每一顯示像素，具有相同直徑之線的基本發光二極體具有共同電極，且當電壓施加於導電層18與導電層42、44或46之間時，由此等基本發光二極體之作用區域發射光輻射。
在本實施例中，每一發光二極體所發射之電磁輻射穿過表面17自光電裝置12逸出。較佳地，每一導電層42、44、46為反射性的且有利地使得能夠增大穿過表面17自光電裝置12逸出的發光二極體所發射之輻射之比例。
在光電晶片12及控制晶片14被堆疊的情況下，光電裝置10之橫向體積減小。根據實施例，垂直於線軸線所量測的顯示像素之橫向尺寸小於5 µm，較佳地小於4 µm，例如，等於大約3 µm。此外，光電晶片12可具有與控制晶片14相同的尺寸。因此，光電裝置10之緊湊度可有利地增大。
導電層18能夠偏壓頭部26、28、30之作用區域且能夠讓路於發光二極體所發射之電磁輻射。形成導電層18之材料可為透明導電材料，諸如石墨烯或透明導電氧化物(transparent conductive oxide，TCO)，特別是銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO )、氧化鋅，其摻雜有或未摻雜有鋁、或摻雜有鎵、或摻雜有硼，或為銀奈米線。作為實例，導電層18具有在20 nm至500 nm、較佳為20 nm至100 nm的範圍內的厚度。
導電層38、導電層42、44、46、48及導電墊52、54、56、58可由金屬製成，例如，由鋁、銀、鉑、鎳、銅、金或釕製成，或由包括此等化合物中之至少兩者之合金(特別是PdAgNiAu合金或PtAgNiAu合金)製成。導電層38可具有在100 nm至3 µm的範圍內的厚度。導電部分42、44、46、48可具有在100 nm至2 µm的範圍內的厚度。在垂直於表面17之平面中的最小橫向尺寸在150 nm至1 µm的範圍內，例如，大約0.25 µm。導電墊52、54、56、58可具有在0.5 µm至2 µm的範圍內的厚度。
絕緣層16、32、34及50中之每一者由選自包括以下各項的組的材料製成：氧化矽(SiO 2)、氮化矽(Si xN y，其中x大約等於3且y大約等於4，例如Si 3N 4)、氮氧化矽(特別是具有通式SiO xN y的氮氧化矽，例如Si 2ON 2)、氧化鉿(HfO 2)、氧化鈦(TiO 2)，或氧化鋁(Al 2O 3)。層34及/或層32可進一步由有機絕緣材料製成，例如，由聚對二甲苯或由苯環丁烯(benzocyclobutene，BCB)製成。絕緣層16可具有在100 nm至5 µm的範圍內的最大厚度。絕緣層32及34可具有在0.5 µm至2 µm的範圍內的最大厚度。絕緣層50可具有在0.5 µm至2 µm的範圍內的最大厚度。
每一線20、22、24可具有沿著大致垂直於表面17之軸線拉長之半導體結構。每一線20、22、24可具有大體圓柱形形狀，其橫截面可具有不同的形狀，諸如卵形、圓形或多邊形形狀，特別是三角形、矩形、正方形或六邊形。兩條相鄰的線20、22、24之軸線可相隔100 nm至3 µm，較佳地200 nm至1.5 µm。每一線20、22、24之高度可在150 nm至10 µm，較佳地200 nm至1 µm，更佳地250 nm至750 nm的範圍內。每一線20、22、24之平均直徑可在50 nm至10 µm，較佳地100 nm至2 µm，更佳地120 nm至1 µm的範圍內。
根據實施例，線20、22、24係藉由MOCVD自晶種層同時形成。反應器中的生長條件適於有利於每一線20、22、24沿著其軸線C的優先生長。此意謂線沿著軸線C的生長速度比線沿著垂直於軸線C之方向的生長速度大得多，較佳地大至少一個數量級。在實例中，方法可包括將III族元素之前驅物及V族元素之前驅物注入反應器中。III族元素之前驅物之實例為三甲基鎵(trimethylgallium，TMGa)、三乙基鎵(triethylgallium，TEGa)、三甲基銦(trimethylindium，TMIn)或三甲基鋁(trimethylaluminum，TMAl)。V族元素之前驅物之實例為氨(NH 3)、磷酸三丁酯(tributylphosphate，TBP)、胂(AsH 3)或二甲肼(dimethylhydrazine，UDMH)。前驅物氣體中之一些可藉由使用水混合物及載體氣體產生。
根據實施例，反應器中之溫度在900℃至1,065℃的範圍內，較佳地在1,000℃至1,065℃的範圍內，特別是1,050℃。根據實施例，反應器中之壓力在50托(大約6.7 kPa)至200托(大約26.7 kPa)的範圍內，特別是100托(大約13.3 kPa)。根據實施例，III族元素之前驅物(例如，TEGa)之流率在500 sccm至2,500 sccm的範圍內，特別是1,155 sccm。根據實施例，V族元素之前驅物(例如，NH 3)之流率在65 sccm至260 sccm的範圍內，特別是130 sccm。根據實施例，注入反應器中的V族元素之前驅物氣體之流率與注入反應器中的III族元素之前驅物氣體之流率的比率(稱為V/III比率)在5至15的範圍內。載體氣體可包括N 2及H 2。根據實施例，注入反應器中的氫氣相對於載體氣體之總質量之百分比在3重量%至15重量%的範圍內，特別是5重量%。線34之所獲得生長速度可在1 µm/h至15 µm/h的範圍內，特別是5 µm/h。
可將摻雜劑之前驅物注入反應器中。例如，當摻雜劑為Si時，前驅物可為矽烷(SiH 4)。前驅物之流率可經選擇來以在5*10 18至5*10 19個原子/cm 3的範圍內，特別是10 19個原子/cm 3的平均摻雜劑濃度為目標。
在另一實施例中，半導體層70 (當存在時)藉由MBE生長於每一線上。根據實施例，對於半導體層70之MBE生長，反應器中之溫度在800℃至900℃的範圍內。根據實施例，反應器中之壓力在3*10 -8托(大約4*10 -3mPa)至5*10 -5托(大約6.7 mPa)的範圍內。根據實施例，電漿係利用在300 W與600 W之間(例如，360 W)的RF功率產生的。根據實施例，III族元素(例如，Ga)之固態源之溫度在800℃至1,000℃的範圍內，特別是850℃。根據實施例，V族元素(例如，N 2)之前驅物氣體之流率在0.5 sccm至5 sccm的範圍內，特別是1.5 sccm。
可將摻雜劑之前驅物注入反應器中。例如，當摻雜劑為Si時，前驅物可為矽烷(SiH 4)。前驅物之流率可經選擇來以在5*10 18至5*10 19個原子/cm 3的範圍內，特別是10 191.5個原子/cm 3的平均摻雜劑濃度為目標。
根據實施例，作用區76之每一層係藉由MBE生長的。在實施例中，在不同反應器中進行MOCVD及MBE步驟。在實施例中，方法可針對MBE使用III族元素及V族元素之固態/氣態源前驅物。根據實施例，當III族元素為Ga時可使用固態源，且當V族元素為N時可使用氣態或電漿前驅物。根據實施例，由DC電漿源供應一束活性氮。在此源中，在沒有電場之區中形成激發中性氮分子且利用真空室藉由壓力梯度使其朝向基板加速。
作用區76之特定層(特定而言，量子井86)之形成可包括將額外元素之固態/氣態前驅物注入反應器中。根據實施例，當額外III族元素為In、Ga或Al時，可使用固態源。向作用區76中併入額外元素的速度特定取決於作用區76之橫向尺寸，取決於線20、22、24之間的距離，且取決於作用區76相對於支撐件(支撐件具有自其延伸的線20、22、24)之高度。
可將摻雜劑注入反應器中。例如，當摻雜劑由Si製成時，可使用固態源。根據實施例，摻雜劑元素之固態源之溫度在1,000℃至1,200℃的範圍內。
根據實施例，對於每一障壁層88之MBE生長，反應器中之溫度在570℃至640℃的範圍內，特別是620℃。根據實施例，反應器中之壓力在3*10 -8托(大約4*10 -3mPa)至5*10 -5托(大約6.7 mPa)的範圍內。根據實施例，電漿係利用在300 W與600 W之間(例如，360 W)的RF功率產生的。根據實施例，III族元素(例如，Ga)之固態源之溫度在850℃至950℃的範圍內，特別是895℃。根據實施例，V族元素(例如，N 2)之前驅物氣體之流率在0.5 sccm至5 sccm的範圍內，特別是1.5 sccm。
根據實施例，對於每一量子井86之MBE生長，反應器中之溫度在570℃至640℃的範圍內，特別是620℃。根據實施例，反應器中之壓力在3*10 -8托(大約4*10 -3mPa)至5*10 -5托(大約6.7 mPa)的範圍內。根據實施例，電漿係利用在300 W與600 W之間(例如，360 W)的RF功率產生的。根據實施例，III族元素(例如，Ga)之固態源之溫度在850℃至950℃的範圍內，特別是895℃。根據實施例，額外元素(例如，In)之固態源之溫度在750℃至900℃的範圍內，特別是790℃。根據實施例，V族元素(例如，N 2)之前驅物氣體之流率在0.5 sccm至5 sccm的範圍內，特別是1.5 sccm。
根據實施例，半導體堆疊78之每一層係藉由MBE生長的。根據實施例，半導體層80係以大致c平面定向生長的。根據實施例，對於電子阻擋層82之MBE生長，反應器中之溫度在700℃至900℃的範圍內，特別是800℃。根據實施例，反應器中之壓力在3*10 -8托(大約4*10 -3mPa)至5*10 -5托(大約6.7 mPa)的範圍內。根據實施例，電漿係利用在300 W與600 W之間(例如，360 W)的RF功率產生的。根據實施例，III族元素(例如，Ga)之固態源之溫度在850℃至950℃的範圍內，特別是905℃。根據實施例，額外元素(例如，In)之固態源之溫度在1,000℃至1,100℃的範圍內，特別是1,010℃。根據實施例，V族元素(例如，N 2)之前驅物氣體之流率在0.5 sccm至5 sccm的範圍內，特別是1.5 sccm。可將摻雜劑注入反應器中。例如，當摻雜劑由Mg製成時，可使用固態源。根據實施例，摻雜劑元素之固態源之溫度在150℃至350℃的範圍內，特別是190℃。
第7A圖至第7Q圖係在製造第1圖所示的光電裝置10之方法之另一實施例的連續步驟處獲得的結構之部分簡化剖視圖。
第7A圖展示在以下步驟之後獲得的結構： -   在對應於堆疊之支撐件100上形成(在第7A圖中從底部至頂部)以下各項：基板101、至少一個成核層(亦稱為晶種層，在第7A圖中作為實例展示了兩個成核層102及103)、電絕緣層104及絕緣層104上的電絕緣層106，絕緣層104、106由不同材料製成； -   在絕緣層104及106中形成第一開口108以曝露成核層103之在第一線20之所要位置處的部分，第一開口108之直徑大致對應於第一線20之直徑，在絕緣層104及106中形成第二開口110以曝露成核層103之在第二線22之所要位置處的部分，第二開口110之直徑大致對應於第二線22之直徑，且在絕緣層104及106中形成第三開口112以曝露成核層103之在第三線24之所要位置處的部分，第三開口112之直徑大致對應於第三線24之直徑； -   在開口108、 110、112中藉由MOCVD自成核層103同時生長線20、22、24； -   藉由MBE在線20、22、24上同時生長頭部26、28、30，每一頭部26、28、30包括作用區76及半導體堆疊78。
作為變型，絕緣層104、106可由單個絕緣層替換。
基板101可對應於單塊結構或可對應於覆蓋由另一種材料製成的支撐件之層。基板101較佳為半導體基板，例如，由矽、鍺、碳化矽、III-V族化合物(諸如GaN或GaAs)製成的基板，或為ZnO基板，或為導電基板，例如，由金屬或金屬合金(特別是銅、鈦、鉬、鎳基合金及鋼)製成的基板。較佳地，基板101為單晶矽基板。較佳地，基板101為與在微電子元件中實施之製造方法相容的半導體基板。基板101可對應於絕緣體上矽型(亦稱為SOI)多層結構。基板101可為重摻雜的、輕摻雜的或未摻雜的。
成核層102、103由有利於線20、22、24之生長之材料製成。形成每一成核層102、103的材料可為金屬、金屬氧化物、元素週期表之第IV、V或VI欄之過渡金屬的氮化物、碳化物或硼化物，或此等化合物之組合，且較佳為元素週期表之第IV、V或VI欄之過渡金屬的氮化物，或此等化合物之組合。作為實例，每一晶種層102、103可由以下各項製成：氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al 2O 3)、硼(B)、氮化硼(BN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鉿(Hf)、氮化鉿(HfN)、鈮(Nb)、氮化鈮(NbN)、鋯(Zr)、硼酸鋯(ZrB2)、氮化鋯(ZrN)、碳化矽(SiC)、碳氮化鉭(TaCN)、Mg xN y形式的氮化鎂，其中x大約等於3且y大約等於2，例如，Mg 3N 2形式的氮化鎂。每一成核層102、103具有例如在1 nm至100 nm的範圍內，較佳地在10 nm至30 nm的範圍內的厚度。
絕緣層104及106中之每一者由選自包括以下各項的組的材料製成：氧化矽(SiO 2)、氮化矽(Si xN y，其中x大約等於3且y大約等於4，例如Si 3N 4)、氮氧化矽(特別是具有通式SiO xN y的氮氧化矽，例如Si 2ON 2)、氧化鉿(HfO 2)，或氧化鋁(Al 2O 3)。根據實施例，絕緣層104由氧化矽製成且絕緣層106由氮化矽製成。每一絕緣層104、106之厚度可在10 nm至100 nm，較佳地20 nm至60 nm的範圍內，特別是等於大約40 nm。
線20、22、24之生長方法為諸如先前所描述之MOCVD方法。每一線20、22、24在生長步驟結束時之高度可在250 nm至15 µm，較佳地500 nm至5 µm，更佳地1 µm至3 µm的範圍內。第一線20之高度不同於第二線22之高度且不同於第三線24之高度。線20、22、24之高度特定取決於線直徑且取決於線之間的距離。根據實施例，第一線20之高度大於第二線22之高度且第二線22之高度大於第三線24之高度。
作為實例，每一晶種層102、103及每一絕緣層104、106可藉由電漿增強化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD)、低壓化學氣相沉積(low-pressure chemical vapor deposition，LPCVD)、次大氣壓化學氣相沉積(sub-atmospheric chemical vapor deposition，SACVD)、CVD、物理氣相沉積 (physical vapor deposition，PVD)或原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)來沉積。
第7B展示在已在所有線20、22、24之上且在線20、22、24之間的絕緣層106之上沉積介電層113之後獲得的結構。
介電層113可由與絕緣層106相同的材料製成。根據實施例，層113之最小厚度大於最小的線20、22、24之高度及相關聯的頭部26、28、30之高度的總和。較佳地，層113之最小厚度大於最大的線20、22、24之高度及相關聯的頭部26、28、30之高度的總和。
作為實例，介電層113之厚度可在250 nm至15 µm，較佳地300 nm至5 µm的範圍內，例如，等於大約2 µm。絕緣層113可藉由與用來形成絕緣層104、106之方法相同的方法形成。
第7C圖展示在已將絕緣層113及頭部26、28、30之一部分薄化且平坦化以在絕緣層106之高度(例如，在150 nm至10 µm的範圍內)上對平坦表面114進行定界之後獲得的結構。蝕刻例如為CMP(化學機械平坦化)。絕緣層113在線20、22、24之間的存在使得能夠實施CMP型蝕刻方法，若僅存在線，則CMP型蝕刻方法將很難或甚至不可能。在此步驟之後，所有線-頭部總成20-26、22-28、24-30具有相同高度。絕緣層113及線20、22、24之一部分的蝕刻可在複數個步驟中進行。作為變型，當線-頭部總成20-26、22-28、24-30具有大致相同的高度時，絕緣層83及頭部26、28、30之一部分的薄化及平坦化步驟可不存在。
第7D圖展示在已完全移除介電層113以曝露絕緣層106及線-頭部總成20-26、22-28、24-30之後獲得的結構。絕緣層106於是可在介電層113之蝕刻期間充當蝕刻停止層。移除介電層113可藉由濕式蝕刻執行。作為變型，介電層113之蝕刻可僅為部分的，殘餘層保留在絕緣層106上。
第7E圖展示在以下步驟之後獲得的結構： -   形成絕緣層32； -   形成絕緣層34；以及 -   跨絕緣層34之厚度之一部分蝕刻或薄化絕緣層34以對大致平坦的表面116進行定界。
絕緣層32可藉由保形沉積(例如，藉由LPCVD)形成。形成絕緣層32之方法較佳地在低於700℃的溫度下進行以避免損壞發光二極體之作用區。此外，LPCVD型方法使得能夠獲得線20、22、24之間的良好的填充。絕緣層32之沉積厚度可在100 nm至1 µm的範圍內，例如，大約500 nm。絕緣層34可例如藉由保形沉積(例如，藉由PECVD)形成。絕緣層34之沉積厚度可大於或等於2 µm。絕緣層34之部分蝕刻可藉由CMP執行。蝕刻的停止可在絕緣層34(如第7E圖所示)或絕緣層32中執行，但是在任何情況下都在曝露頭部26、28、30之前執行。
第7F圖展示在已蝕刻絕緣層32、34以曝露頭部26、28、30之上表面之後獲得的結構。蝕刻例如為反應離子蝕刻型(reactive ion etching type，RIE)或電感耦合電漿蝕刻(inductively coupled plasma etching，ICP)。因為頭部26、28、30可具有不同尺寸，所以一些頭部26、28、30曝露的程度可高於其他頭部。在此步驟處可不蝕刻頭部26、28、30。蝕刻較佳為各向異性蝕刻。層32之部分(未圖示)可保留在頭部26、28、30之側壁上。位於頭部26、28、30之頂部處的層充當蝕刻停止層。根據實施例，在形成頭部26、28、30時，在頭部26、28、30之頂部處添加額外層以充當蝕刻停止層。其可為AlN層。
第7G圖展示在以下步驟之後獲得的結構： -   當蝕刻停止層存在於頭部26、28、30上時，移除蝕刻停止層； -   例如藉由陰極濺鍍在第7E圖所示之結構上沉積例如具有0.5-µm厚度之金屬層； -   蝕刻金屬層以對導電層42、44、46、48進行定界。
當頭部26、28、30上的蝕刻停止層由AlN製成時，可藉由氫氧化四甲銨型(tetramethylammonium hydroxide type，TMAH)蝕刻將其移除。在形成導電層42、44、46、48之前，可在整個結構之上形成單獨的金屬部分。此可藉由沉積具有1-nm厚度之金屬層(例如，鎳或鉑)及例如在550℃溫度下的熱退火步驟來執行，熱退火步驟導致形成單獨的部分。
第7H圖展示在以下步驟之後獲得的結構： -   在第7G圖所示之結構上沉積絕緣層50；以及 -   形成例如由銅製成之導電墊52、54、56、58。
第7I圖展示在已將控制晶片14接合至光電晶片12之後獲得的結構。將控制晶片14接合至光電晶片12可藉由使用諸如連接微球之嵌件(未圖示)執行。作為變型，將控制晶片14接合至光電晶片可藉由直接接合執行而不使用嵌件。直接接合可包括：控制晶片14之金屬區域(特別是導電墊62)及光電晶片12之金屬區域(特別是導電墊52、54、56、58)的直接金屬至金屬接合，及控制晶片14之介電區域(特別是絕緣層50)及光電晶片12之之介電區域(特別是絕緣層50)的介電至介電接合。將控制晶片14接合至光電晶片12可藉由熱壓方法執行，其中藉由施加壓力及加熱將光電晶片12按壓在控制晶片14上。
第7J圖展示在以下步驟之後獲得的結構： -   移除基板101； -   移除晶種層102、103； -   移除絕緣層104及106； -   部分蝕刻絕緣層32、絕緣層34及線20、22、24以對大致平坦的表面118進行定界。
移除基板101可藉由研磨及/或濕式蝕刻執行。移除晶種層102、103、絕緣層32、絕緣層34及線20、22、24可藉由濕式蝕刻、乾式蝕刻或藉由CMP執行。絕緣層104或106可在晶種層103之蝕刻期間充當蝕刻停止層。
第7K圖展示在已例如藉由在整個表面118之上沉積例如具有50-nm厚度之TCO層且藉由用微影技術蝕刻此層以僅保留TCO層18而在表面118上形成導電層18之後獲得的結構。
第7L圖展示在已跨絕緣層34之整個厚度在絕緣層34中蝕刻開口36以曝露導電層48之後獲得的結構。此可藉由微影技術進行。
第7M圖展示在已在開口36中且在表面118上形成與導電層18接觸的導電層38之後獲得的結構。此可藉由在表面118一側上在整個結構之上沉積例如Ti/TiN/AlCu型導電層堆疊且藉由用微影技術蝕刻此堆疊以僅保留導電層38來執行。
第7N圖展示在已在導電層18上形成對表面17進行定界的絕緣層16之後獲得的結構。其例如為藉由PECVD沉積之具有1-µm厚度之SiON層。
可提供在表面17上形成凸起區域之額外步驟(亦稱為紋理化步驟)以增加光提取。
自背面減小線高度可藉由CMP型方法(如先前所描述)或藉由任何其他乾式蝕刻或濕式蝕刻方法進行。特別是由GaN製成之線之所獲得的高度可經選擇以藉由線本身內的光學相互作用增加自線之腳部之光提取。此外，此高度可經選擇以有利於不同線之間的光學耦合且因此增加線總成之集體發射。
已描述各種實施例及變型。熟習此項技術者將理解，可組合此等各種實施例及變型之某些特徵，且熟習此項技術者將想到其他變型。特定而言，儘管在先前描述之實施例中，光電裝置包括彼此接合的兩個晶片，但是顯然光電裝置可包括單個晶片，電子發光二極體控制電路以與發光二極體整合的方式形成。最後，熟習此項技術者能夠基於上文給出之功能指示進行所描述之實施例及變型的實際實施。
10:光電裝置 12:第一積體電路/光電晶片 14:第二積體電路/控制晶片 17,51,61:表面 20,22,24:線/半導體元件 26,28,30:頭部 16,32,34,50,60:電絕緣層 36:開口 18,38,42,44,46,48:導電層 52,54,56,58,62:導電墊 70,80:半導體層 72:上部末端 74:上表面 76:作用區 78:半導體堆疊 82:電子阻擋層 84:接合層 86:量子井 88:障壁層 90:垂直於軸線C之表面 92:相對於軸線C傾斜之表面 100:支撐件 101:基板 102,103:成核層/晶種層 104,106:電絕緣層 108,110,112:開口 113:介電層/絕緣層 114:平坦表面 116,118:表面
前述特徵及優點以及其他將在以下參考隨附圖式以說明而非限制的方式給出之具體實施例描述中詳細描述，在隨附圖式中：
第1圖係包括微米線或奈米線之光電裝置之實施例的部分簡化剖視圖；
第2圖係第1圖之一部分的詳細視圖；
第3圖係軸向發光二極體所發射之輻射之中心波長根據發光二極體之直徑的(藉由測試獲得的)變化之曲線；
第4圖展示示出能夠利用第1圖之光電裝置獲得之色域的色度圖；
第5圖展示光強度根據第1圖的光電裝置之三個發光二極體所發射之輻射之波長的變化之(藉由測試獲得的)曲線；
第6圖係示出第1圖之光電裝置之操作的部分簡化剖視圖；
第7A圖示出製造第1圖所示之光電裝置的方法之實施例之步驟；
第7B圖示出方法之另一步驟；
第7C圖示出方法之另一步驟；
第7D圖示出方法之另一步驟；
第7E圖示出方法之另一步驟；
第7F圖示出方法之另一步驟；
第7G圖示出方法之另一步驟；
第7H圖示出方法之另一步驟；
第7I圖示出方法之另一步驟；
第7J圖示出方法之另一步驟；
第7K圖示出方法之另一步驟；
第7L圖示出方法之另一步驟；
第7M圖示出方法之另一步驟；且
第7N圖示出方法之另一步驟。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
10:光電裝置
12:第一積體電路/光電晶片
14:第二積體電路/控制晶片
17,51,61:表面
20,22,24:線/半導體元件
26,28,30:頭部
16,32,34,50,60:電絕緣層
36:開口
18,38,42,44,46,48:導電層
52,54,56,58,62:導電墊

Claims (18)

  1. 一種光電裝置(10)，其包括具有一軸向構型之第一、第二及第三三維發光二極體，每一發光二極體包括一半導體元件(20、22、24)及擱在該半導體元件上之一作用區(76)，每一半導體元件對應於一微米線、一奈米線、一奈米或微米範圍錐形元件或者一奈米或微米範圍截頭錐形元件，該等第一發光二極體經組態以發射一第一波長的一第一輻射，該等第一發光二極體之該等半導體元件具有一第一直徑(D1)，該等第二發光二極體經組態以發射一第二波長的一第二輻射，該等第二發光二極體之該等半導體元件具有一第二直徑(D2)，且該等第三發光二極體經組態以發射一第三波長的一第三輻射，該等第三發光二極體之該等半導體元件具有一第三直徑(D3)，該第一直徑(D1)小於該第二直徑(D2)且該第二直徑(D2)小於該第三直徑(D3)，該第一波長大於該第三波長且該第二波長大於該第一波長。
  2. 如請求項1所述之光電裝置，其中該第一直徑(D1)自80 nm至150 nm變化。
  3. 如請求項1或2所述之光電裝置，其中該第二直徑(D2)自200 nm至350 nm變化。
  4. 如請求項1或2所述之光電裝置，其中該第三直徑(D3)自370 nm至500 nm變化。
  5. 如請求項1或2所述之光電裝置，其中該第一波長在510 nm至570 nm的範圍內。
  6. 如請求項1或2所述之光電裝置，其中該第二波長在600 nm至720 nm的範圍內。
  7. 如請求項1或2所述之光電裝置，其中該第三波長在430 nm至490 nm的範圍內。
  8. 如請求項1或2所述之光電裝置(10)，其包括接合至一第二電子電路(14)之一第一光電電路(12)，該第二電子電路(14)包括導電墊(62)，該第一光電電路包括像素且針對每一像素包括： -   一第一導電層(18)； -   針對該等第一、第二及第三發光二極體中之每一者，該半導體元件(20、22、24)垂直於該第一導電層延伸且與該第一導電層接觸，且該作用區(76)擱在該半導體元件之與該第一導電層相反的末端上；以及 -   電耦接至該等導電墊(62)的第二導電層(42)、第三導電層(44)、第四導電層(46)及第五導電層(48)，該第二導電層(42)耦接至該等第一發光二極體之該等作用區(76)，該第三導電層(44)耦接至該等第二發光二極體之該等作用區(76)，該第四導電層(46)耦接至該等第三發光二極體之該等作用區(76)，且該第五導電層(48)耦接至該第一導電層。
  9. 如請求項1或2所述之光電裝置，其中每一作用區(76)包括單個量子井或多個量子井。
  10. 如請求項1或2所述之光電裝置，其中該等半導體元件(20、22、24)及該等作用區由III-V族化合物製成。
  11. 如請求項1或2所述之光電裝置，其中該等第一、第二及第三發光二極體之該等半導體元件(22、24、26)係藉由MOCVD形成。
  12. 如請求項1或2所述之光電裝置，其中該等第一、第二及第三發光二極體之該等作用區(76)係藉由MBE形成。
  13. 如請求項1或2所述之光電裝置，其中該等第一、第二及第三發光二極體之該等半導體元件(20、22、24)擱在一基板(100)上且與適合於該等第一、第二及第三發光二極體之該等半導體元件(20、22、24)之磊晶生長的一材料接觸。
  14. 如請求項1或2所述之光電裝置，其中該等第一、第二及第三發光二極體形成一單片式結構。
  15. 一種製造如請求項1至14中任一項所述之光電裝置(10)之方法，其包括以下連續步驟： -   同時形成該等第一、第二及第三發光二極體之該等半導體元件(22、24、26)；以及 -   在該等第一、第二及第三發光二極體之該等半導體元件(22、24、26)上同時形成該等第一、第二及第三發光二極體之該等作用區(76)。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該等第一、第二及第三發光二極體之該等半導體元件(22、24、26)係藉由MOCVD形成。
  17. 如請求項15或16所述之方法，其中該等第一、第二及第三發光二極體之該等作用區(76)係藉由MBE形成。
  18. 如請求項15或16所述之方法，其包括以下連續步驟： -   在一支撐件(110)上同時形成該等第一、第二及第三發光二極體之該等半導體元件(22、24、26)且在該等第一、第二及第三發光二極體之該等半導體元件(22、24、26)上形成該等第一、第二及第三發光二極體之該等作用區(76)； -   在該等第一、第二及第三發光二極體之該等三維半導體元件(20、22、24)之間形成一電絕緣層(32)；以及 -   移除該支撐件。
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