發光光電裝置的制作方法

本發明涉及一種發光光電裝置，該裝置包括覆有具有光致發光顆粒的材料的至少一個電致發光二極管。本發明尤其可用于希望控制或調節與電致發光二極管相關的發射光譜的照明系統。

背景技術：

已存在包括發射表面覆有光致發光材料的電致發光二極管的光電裝置。發射白光的照明系統尤其是這樣的。

電致發光二極管是由適于發射光輻射、例如藍色或紫外線輻射的半導體層的疊置形成的。這些半導體層一般是基于包括周期表iii列和v列的元素的材料(例如：iii-n化合物、氮化嫁(gan)、氮化銦鎵(ingan)或氮化鋁鎵(algan))來制成的。

根據所追求的光電裝置的發射光譜的特征，光致發光材料層覆蓋電致發光二極管的發射表面，該光致發光材料適于將電致發光二極管發射的稱作“激勵光輻射”的光輻射的至少一部分轉換成稱作“光致發光光輻射”的、具有更長的波長的光輻射。該光致發光材料可以包括散布在連結基質(matriceliante)中的顆粒，例如被鈰離子活化的釔鋁石榴石(稱作yag:ce)顆粒。

然而，存在對控制光電裝置的發射光譜特征、尤其是與電致發光二極管本身相關的發射光譜特征的需求。還存在對具有準許高電致發光二極管密度的單片結構的光電裝置的需求。

技術實現要素：

本發明的目的在于至少部分地解決現有技術的缺陷，并更具體地在于提出一種發光光電裝置，該裝置包括：

-具有發射表面的、能夠發射稱作“激勵光輻射”的光輻射的至少一個電致發光二極管；以及

-覆蓋該發射表面的光致發光材料，該光致發光材料包括適于將穿過發射表面的所述激勵光輻射至少部分地轉換成稱作“光致發光光輻射”的光輻射的光致發光顆粒。

根據本發明，該光電裝置包括與所述電致發光二極管相鄰的至少一個光電二極管，該光電二極管具有被該光致發光材料覆蓋的接收表面，并適于檢測穿過接收表面激勵輻射和/或穿過接收表面來自于光致發光材料的光致發光輻射的至少一部分。

該光電裝置的某些優選但非限制性的特征如下：

電致發光二極管和光電二極管可以每個都具有臺面結構，發射表面和接收表面是大致共平面的。

電致發光二極管和光電二極管可以每個都包括根據第一導通類型摻雜的第一半導體部分和根據與第一導通類型相反的第二導通類型摻雜的第二半導體部分，第一半導體部分和第二半導體部分分別是大致共平面的，并由組成相同的材料制成。

電致發光二極管的摻雜的第一半導體部分和光電二極管的摻雜的第一半導體部分具有這樣的側面：該側面包括由摻雜的第一半導體部分的與其第一部位相對的第二部位形成的凹進表面。

側向電氣連接元件可以這樣地在電致發光二極管和相鄰光電二極管之間延伸，以與摻雜的第一半導體部分的凹進表面電氣接觸，該側向連接元件還通過覆蓋臺面結構的側面的電介質部分與摻雜的第二半導體部分和位于摻雜的第一和第二半導體部分之間的活性區域電絕緣。

電致發光二極管和光電二極管可以每個都包括位于摻雜的第一和第二半導體部分之間的活性區域，這些活性區域大致共平面，并由組成相同的材料制成。

電致發光二極管的和光電二極管的活性區域可以每個都包括至少一個第一量子阱，電致發光二極管的活性區域的所述第一量子阱適于發射具有稱作“激勵波長”的波長的激勵光輻射。

電致發光二極管的和光電二極管的活性區域可以每個都包括至少一個第二量子阱，光電二極管的活性區域的所述量子阱適于檢測光致發光光輻射。

第二量子阱可以位于n型摻雜的第一半導體部分和第一量子阱之間。

可在光致發光材料和光電二極管的接收表面之間布置光濾波器，該濾波器適于傳輸光致發光輻射并阻擋激勵輻射的傳輸。

所述光電裝置可以還包括適于根據被光電二極管檢測的光輻射的檢測信號來改變電致發光二極管發射的激勵光輻射的控制裝置。

本發明還涉及一種用于制造上述發光光電裝置的方法，在該方法中：

i)實現具有發射表面并能夠發射稱作“激勵光輻射”的光輻射的至少一個電致發光二極管，以及具有接收表面的至少一個相鄰光電二極管；

ii)用包括適于將穿過該發射表面的所述激勵光輻射至少部分地轉換成稱作“光致發光光輻射”的光輻射的光致發光顆粒的光致發光材料來覆蓋發射表面和接收表面。

步驟i)可以包括子步驟，在這些子步驟中：

a.實現包括摻雜的第一半導體層和摻雜的第二半導體層的層的疊置，在摻雜的第一半導體層和摻雜的第二半導體層之間夾置有包括至少一個量子阱的活性層；

b.這樣地刻蝕所述的層疊置以形成用于形成電致發光二極管的臺面結構和用于形成相鄰光電二極管的臺面結構，每個臺面結構都是由摻雜的第一半導體部分、活性區域和摻雜的第二半導體部分的疊置形成的，所述臺面結構的摻雜的第一半導體部分包括具有凹進表面的側面；

c.實現覆蓋臺面結構的、除凹進表面以外的側面的電介質部分；

d.在臺面結構之間沉積導電材料，該導電材料與摻雜的第一半導體部分的凹進表面接觸，并通過電介質部分與所述區域和摻雜的第二半導體部分電絕緣。

可以實現這樣的電氣連接元件：這些元件適于基于位于與光致發光材料相對的表面上的極化導電部分而直接使電致發光二極管極化并間接地使光電二極管極化。

附圖說明

閱讀以下示例性地而非限制性地提供的對本發明的優選實施形式的詳細說明，本發明的其它方面、目的、優點和特征將更好地顯現出來，該詳細說明是參照附圖做出的，在附圖中：

圖1a是根據一個實施方式的發光光電裝置的剖視示意圖，其中，蓋件包括光致發光單元，圖1b是一個變型，其中，蓋件包括光致發光層；

圖2a是根據適于檢測光致發光輻射的另一實施方式的發光光電裝置的剖視示意圖，圖2b是這樣的光電裝置的電致發光二極管和相鄰光電二極管的半導體層疊置的細節圖；

圖3a至圖3h示出了根據另一實施方式的光電裝置的實施方法的步驟。

具體實施方式

在附圖中并且在以下說明中，相同的附圖標記表示相同或相似的元件。而且，為了優先使附圖清晰可見，并沒有按比例示出各個元件。此外，術語“大致”、“大約”、“約”指“在誤差10％之內”。

本發明涉及一種光電裝置，該裝置包括至少一個電致發光二極管和被布置為與該電致發光二極管相鄰的光電二極管，該電致發光二極管的發射表面和該光電二極管的接收表面覆有包括光致發光顆粒的光致發光材料。該光電二極管是在其相對于光致發光材料與電致發光二極管位于同一側并位于該電致發光二極管附近的意義上與電致發光二極管相鄰的。

發射表面是電致發光二極管這樣的表面：稱作“激勵光輻射”的光輻射穿過該表面被發射出。接收表面是光電二極管這樣的表面：入射光輻射穿過該表面被光電二極管接收并被其檢測。

光致發光材料是適于至少部分地將電致發光二極管發射的入射光輻射轉換成稱作“光致發光光輻射”的、具有不同波長的光輻射的材料。顆粒是光致發光材料的彼此有別的成分，其形狀可以是任意的，例如球形、角形、平的或細長的，或其它任何形狀。顆粒的尺寸在此是顆粒的最小維度，并且平均尺寸是顆粒尺寸的算術平均值。

圖1a是根據一個實施方式的發光光電裝置的剖視示意圖。

在此并且為以下說明定義三維正交參考系(x，y，z)，其中平面(x，y)大致與發射表面和接收表面的平面平行，并且其中軸z取向為沿著與發射表面和接收表面正交的方向。

光電裝置1在此包括：

a.稱作“光電芯片”的第一印刷電路芯片10，該芯片包括至少一個電致發光二極管40和被布置為與該電致發光二極管相鄰的光電二極管50。光電芯片10在此包括電致發光二極管40的矩陣，該矩陣限定發光像素矩陣，其像素中的至少一部分包括光電二極管50。

b.稱作“控制芯片”的第二印刷電路芯片20，該芯片被布置在電子芯片10的稱作“后表面”的表面11b上。控制芯片20包括允許使電致發光二極管40和光電二極管50極化的連接元件。

c.蓋件30，該蓋件被布置在光電芯片10的稱作“前表面”的、與后表面11b相對的表面11a上，并包括具有光致發光顆粒的材料。

光電芯片10包括每個都由摻雜的第一半導體層和摻雜的第二半導體層的疊置形成的多個電致發光二極管40和光電二極管50，活性區域位于摻雜的第一半導體層和摻雜的第二半導體層之間。活性區域是二極管這樣的區域：在該區域處發射(在電致發光二極管的情況下)或檢測(在光電二極管的情況下)光輻射。

電致發光二極管40和光電二極管50形成彼此大致共平面的臺面結構。“臺面結構”指這樣的結構：該結構由大致平面的半導體層或部分的疊置形成，這些半導體層或部分的活性區域在刻蝕步驟結束時凸出生長基片。電致發光二極管和光電二極管的結構可以與fan等人的題為《iii-nitridemicro-emetterarraysdevelopmentandapplications》，j.phys.d:appl.phys.41(2008)094001的公開文獻中所述的結構相同或相似。作為變型，并且優選地，該結構可以與于2014年6月27日提交的專利申請fr1456085中所述的結構相同或相似，該專利申請的文本被視為構成本說明書的一部分。該臺面結構在電致發光二極管的半導體部分和光電二極管的半導體部分相互共平面的意義上是大致共平面的。

電致發光二極管40包括由第一導通類型(例如n型)摻雜的第一半導體部分41和與第一類型相反的第二導通類型摻雜(例如p型)的第二半導體部分42形成的疊置，在該第一和第二半導體層之間夾置有稱作“發射性活性區域”的活性區域43，在該活性區域處產生二極管的光輻射。n摻雜的第一部分41的與活性區域43相對的表面形成發射表面44，所發射的光輻射是穿過該發射表面發射的。

光電二極管50包括由第一導通類型(例如n型)摻雜的第一半導體部分51和與第一類型相反的第二導通類型(例如p型)摻雜的第二半導體部分52形成的疊置，在第一和第二半導體部分之間夾置有稱作“檢測用活性區域”的活性區域53，在該活性區域處檢測所接收到的入射光輻射。n摻雜的第一部分51的與活性區域53相對的表面形成接收表面54，入射光輻射是穿過該接收表面被接收到的。

在該示例中，電致發光二極管40的每個半導體部分41、42、43都分別與光電二極管50的各個半導體部分51、52、53共平面，并具有大致相同的厚度和組成。更具體地說，電致發光二極管40的n摻雜第一部分41與光電二極管50的n摻雜第一部分51共平面，并且具有大致相同的厚度和組成。“組成相同的材料”指由周期分類元素根據相同配比形成的材料。對于p摻雜部分42、52并且對于活性區域43、53也是同樣的。由此，電致發光二極管和光電二極管的厚度大致相同。此外，發射表面44和接收表面54大致共平面。每個電致發光二極管40和光電二極管50都還包括與摻雜(在此為p型)的第二部分42、52的與活性區域43、53相對的表面接觸的導電部分45、55。導電部分45、55的厚度可以從3nm到500nm。導電部分45、55優選地是大致共平面的。

每個電致發光二極管40和光電二極管50都具有在側面處形成凹進的n摻雜的第一部分41、51的結構化，該凹進體現于在平面(x，y)中的側向維度的增大。更具體地說，每個n摻雜的第一部分41、51都包括位于活性區域43、53和第二部位41b、51b之間的第一部位41a、51a，其側向維度大致與活性區域43、53的側向維度相同。每個第一部分還包括第二部位41b、51b，其與第一部位41a、51a相對的表面形成發射表面44或接收表面54，其側向維度大于第一部位41a、51a在側面處的維度。由此，二極管40、50的n摻雜的第一部分41、51包括凹進表面46、56，該凹進表面大致與軸z正交地延伸并連接第一部位41a、51a和第二部位41b、51b的側面。此外，二極管40、50的活性區域43、53和p摻雜的第二部分42、52包括沿著軸z連續地延伸的側面。n摻雜的第一部分41、51的第二部位41b、51b的側向維度比第一部位41a、51a的側向維度大至少1％。例如，對于80μm的n摻雜部分的第一部位41a、51a的寬度，第二部位41b、51b的寬度可以是85μm。

電致發光二極管40和光電二極管50可以具有從100nm到50μm的厚度，n摻雜的第一部分41、51的厚度可以從50nm到20μm，活性區域43、53的厚度可以從10nm到500nm，p摻雜的第二部分42、52的厚度可以從50nm到20μm。根據目標應用，二極管在發射表面和接收表面處測得的側向維度可以從500nm到數毫米。優選地，電致發光二極管的側向維度大于光電二極管的側向維度。

電致發光二極管和光電二極管可以是基于iii-v半導體材料制成的，即主要包括周期表iii列的至少一個元素和v列的元素。這些二極管尤其可以是基于iii-n化合物(例如：gan、ingan、algan、inn、alingan)制成。活性區域可以包括基于禁帶能量小于摻雜部分的帶隙能量的半導體材料實現的至少一個量子阱。作為示例，摻雜的部分是由gan制成的，并且活性區域包括gan固有(無特意摻雜)半導體層和基于ingan的至少一個量子阱的交替。電致發光二極管可以適于發射藍光，即其發射光譜具有約從440nm到490nm的強度峰值，并且光電二極管在此適于檢測由該二極管發射并穿過接收表面接收到的藍光。

二極管的側面除凹進表面46、56以外都覆有電介質部分47、57。更具體地說，不包括凹進的側面連續地覆有電介質部分47、57。包括凹進的側面覆有分為兩個部位的電介質部分：覆蓋p摻雜部分42、52的、活性區域43、53的和n摻雜部分41、51的第一部位41a、51a的側面的第一部位47a、57a；以及，有別于第一部位47a、57a的第二部位47b、57b，該第二部位覆蓋n摻雜部分41、51的第二部位41b、51b的側面。由此，凹進表面46、56不被電介質部分47、57覆蓋。電介質部分47、57還覆蓋導電部分45、55的側面。

光電芯片還包括稱作“側向電氣連接元件”的電氣連接元件48、58，這些元件夾置于電致發光二極管40和相鄰的光電二極管50之間，在光電芯片的前表面11a和后表面11b之間延伸。由此，每個電致發光二極管40都包括在一方面的位于凹進46處的電介質部分47a、47b和另一方面的相面對的光電二極管50的電介質部分57之間延伸的側向連接元件48。側向連接元件48因此一方面與電致發光二極管40的活性區域43和p摻雜部分42電絕緣，另一方面與相面對的光電二極管50電絕緣。然而，該側向連接元件48在凹進表面46處與電致發光二極管40的n摻雜部分41電氣接觸，從而能夠使n摻雜部分41具有給定電勢。相似地，每個光電二極管50都包括在一方面的位于凹進56處的電介質部分57a、57b和另一方面的相面對的電致發光二極管40的電介質部分47之間延伸的稱作“側向連接元件”的連接元件58。側向連接元件58因此一方面與光電二極管的活性區域53和p摻雜部分52電絕緣，另一方面與相面對的電致發光二極管40電絕緣。然而，該側向連接元件58在凹進表面56處與光電二極管50的n摻雜部分51電氣接觸，從而能夠使該n摻雜部分51具有給定電勢(其正負符號與電致發光二極管的側向連接元件的相反)。要指出的是，側向連接元件48、58是通過電介質部分47、57與導電部分45、55電絕緣的。電介質部分47、57的厚度和材料被這樣地選擇以獲得該導電部分和側向連接元件之間的可接受的漏電流。該厚度可以約為數納米，例如根據所用電介質材料從3nm到5nm。

在該示例中，所述光電裝置包括夾置于(一方面的電致發光二極管和光電二極管和(另一方面的光致發光材料的蓋件30之間的電介質層12(可選的)。該電介質層是由這樣的電介質材料(例如si3n4)制成的，以避免各個二極管和相應側向連接元件之間的任何短路，并可以改善對光的提取。電介質層12的厚度例如從500nm到50μm，優選地從1μm到5μm。該電介質層包括前表面12a和相對的后表面12b。電致發光二極管40和光電二極管50在各自的發射表面和接收表面處與該電介質層的后表面12b接觸。前表面12a可以具有位于發射表面對面、并如有必要位于接收表面對面的凸起(未示出)，以改善電致發光二極管發射的光輻射的提取。

在該示例中，所述光電裝置還包括夾置于二極管40、50和控制芯片20之間的電氣連接層13(可選的)，該層方便光電芯片和控制芯片之間的連接。由此，連接層13包括一方面確保側向連接元件48、58與控制芯片的導電部分22之間的連接的電氣連接元件14和確保導電部分45、55與控制芯片的其它導電部分22之間的連接的連接元件14。連接元件14通過電介質材料15彼此電絕緣。連接層13具有大致恒定的厚度，并且與二極管相對的表面形成光電芯片的后表面11b。

所述發光光電裝置還包括在后表面11b處被組裝到光電芯片上的控制芯片20。控制芯片尤其確保二極管40、50的電氣連接，以確保電致發光二極管的發光和光電二極管的檢測。由此，導電部分22確保電致發光二極管40的直接連接和光電二極管50的間接連接。更具體地說，第一負電勢通過側向連接元件48被施加到電致發光二極管的n摻雜部分41上，第一正電勢通過導電部分45被施加到p摻雜部分42上。而且，第二負電勢通過導電部分55被施加到光電二極管的p摻雜部分52上，并且第二正電勢通過側向連接元件58被施加到n摻雜部分51上。由此能夠給電致發光二極管和光電二極管施加不同的電勢差。控制芯片可以還包括確保對電致發光二極管發射的控制和對光電二極管的檢測電信號的讀取的晶體管類型的電子元件。替代地，控制芯片可以是僅主要包括導電部分的直至偏置的電子元件的電氣連接線的無源構件。

所述發光裝置可以還包括適于根據相鄰光電二極管的檢測電信號來關聯電致發光二極管的控制電信號的伺服裝置。由此能夠根據每個相鄰光電二極管檢測到的光輻射的強度來增大或減小電致發光二極管的發射強度。該伺服裝置可以位于控制芯片中或是偏置的。

所述發光裝置可以還包括用于分析光電二極管的檢測電信號的裝置。由此能夠將檢測到的光輻射的強度與閾值比較、并根據與閾值的偏差來改變電致發光二極管的控制電信號、甚至向使用者發出信息。

所述光電裝置還包括蓋件30，該蓋件包括具有光致發光顆粒的光致發光材料31。光致發光材料31覆蓋電致發光二極管的發射表面44和光電二極管的接收表面54。“覆蓋”指部分地或完全地覆蓋表面。光致發光材料在此完全地覆蓋發射表面和接收表面。

該光致發光材料包括適于吸收至少一部分電致發光二極管發射的激勵光輻射并作為響應而發射具有比激勵波長更長的光波長的光輻射的光致發光顆粒。光致發光材料一般被稱作“磷光體”(英文為“phosphor”)。光致發光材料的形式可以是層、凸塊或塊狀的。“層”指這樣的材料：該材料的厚度小于其在平面(x，y)中的長度和寬度的側向維度，例如是十分之一、二十分之一甚至更小。“凸塊或塊狀”指這樣的材料：該材料的長度和寬度的側向維度小于層的長度和寬度的側向維度，并且該材料的厚度可以具有與側向維度相同的量級。

單純作為示例地，光致發光材料可以適于發射綠光(即光致發光的發射光譜具有從495nm到560nm的強度峰值)，并且例如是基于srsi2o2n2:eu顆粒制成的。該材料可以適于發射黃光(即光致發光的發射光譜具有從560nm到580nm的強度峰值)，并且例如是基于yag:ce顆粒制成的。當然，其它材料以及發射橙色或紅光是可行的。光致發光顆粒的尺寸可以是微米級的，并可以是從1μm到50μm，平均尺寸可以約為10μm。

作為變型，光致發光材料可以包括尺寸為納米級的單晶光致發光顆粒(也被稱作“納晶半導體”)。納晶半導體可以由鎘化硒(cdse)、磷化銦(inp)、硫化鋅(zns)、硒化鋅(znse)、碲化鎘(cdte)、碲化鋅(znte)、氧化鎘(cdo)、氧化鎘鋅(zncdo)、硫化鎘鋅(cdzns)、硒化鎘鋅(cdznse)、硫化銀銦(agins2)和這些化合物中至少兩種的混合物制成，或由任何等同材料制成。光致發光顆粒由此具有從0.2nm到1000nm、例如從1nm到100nm、尤其是從2nm到30nm的平均尺寸。光致發光顆粒的尺寸和/或組成是根據所期望的發光波長來選擇的。由此，平均尺寸約為3.6nm的cdse的光致發光顆粒適于將藍光轉換成紅光，平均尺寸約為1.3nm的cdse的光致發光顆粒適于將藍光轉換成綠光。

光致發光顆粒優選地散布在形式為透明材料并在光學上具有惰性的連結基質中，該連結基質確保針對光致發光顆粒的連結功能。“透明材料”指傳輸至少50％、優選地至少80％的入射光的材料。“在光學上具有惰性”指不響應入射光的吸收而發光的材料。所述基質可以是至少部分透明的塑料或硅、尤其是由硅酮或聚乳酸(pla)。

光致發光材料的厚度尤其取決于光致發光顆粒的類型。在微米級尺寸的顆粒(例如：yag:ce)的情況下，該厚度可以從100μm到500μm，例如約為200μm。在納米級尺寸的顆粒(例如cdse納晶)的情況下，該厚度可以小于50μm，甚至小于30μm，例如約為1μm至5μm。

在圖1a中，蓋件30包括多個光致發光單元31，這些單元每個都覆蓋一個電致發光二極管40和相鄰的光電二極管50。每個光致發光單元31都被包容在設置于該蓋件中的空間中，該空間由有利地傾斜并覆有對于發射性的和光致發光的光輻射具有反射性的覆層32(例如鋁膜)的側壁限定。蓋件的厚度尤其取決于光致發光材料的厚度。尤其是根據是否存在光提取電介質層，蓋件可以由絕緣、半導體或導體材料制成。作為示例，蓋件由硅制成。發光單元的側向維度被調節為一對電致發光二極管和相鄰光電二極管在平面(x、y)中的側向維度。該維度可以根據應用而是從2μm到1mm的。例如，在所述發光裝置的“照明”應用的情況下，該維度可以約為100μm，在所述發光裝置的“屏幕”應用的情況下，該維度可以約為5μm至20μm。蓋件30可以還包括對于激勵波長和光致發光波長透明的材料的層或板片33。

在工作中，這樣地直接給電致發光二極管40施加電壓以使得其發射具有稱作“激勵波長”的波長的光輻射，例如其發射光譜具有約為480nm的強度峰值的藍光。該光輻射穿過發射表面44向著光致發光材料31的方向發射。

光致發光材料31將該激勵入射輻射的至少一部分轉換成具有稱作“光致發光波長”的第二波長的光致發光光輻射，例如在包括srsi2o2n2:eu顆粒的光致發光材料的情況下，轉換成其發射光譜具有約為530nm的強度峰值的綠光。

由此，所述發光裝置的發射光譜局部地對應于電致發光二極管發射的光輻射的、未被光致發光材料轉換的至少一部分和被光致發光材料轉換的光輻射的至少一部分的疊加。

此外，這樣地間接給光電二極管50施加電壓，以使其檢測穿過接收表面54接收到的入射光輻射。

根據本發明，由于光致發光材料31包括光致發光顆粒并且覆蓋發射表面44和接收表面54，激勵光輻射的一部分向著相鄰光電二極管50的接收表面54的方向散射或背散射。由此，由于光電二極管50的活性區域53是由組成與電致發光二極管40的材料相同的材料制成的，光電二極管適于檢測到背散射的激勵光輻射的一部分。然后讀取光電二極管在檢測到入射光輻射之后的電信號。

當光致發光顆粒的平均尺寸小于激勵波長時(例如在前述的納晶半導體的情況下)，激勵輻射向著相鄰光電二極管方向的散射是大致各向同性的瑞利散射。當光致發光顆粒的平均尺寸大于激勵波長時(例如在yag:eu顆粒的情況下)，該散射是米式散射。在這兩種類型的散射中，光輻射中的背散射分量是非零的，因此能夠被相鄰光電二極管檢測到。

由此，所述發光光電裝置的優點在于，在允許對每個電致發光二極管發射的光的一部分的局部檢測的同時發射光，該光的發射光譜尤其取決于光致發光材料和電致發光二極管的發射光譜。

由此獲得具有對電致發光二極管發射的集成化并局部化的控制的發光光電裝置。光電二極管的檢測由于檢測用活性區域具有與發射用活性區域相同的光學和電子特性而得到便利。

由此能夠通過借助于相鄰光電二極管進行的檢測來獲得實際上由電致發光二極管發射的光輻射，其中所述檢測是獨立于光致發光顆粒所實現的光轉換的。這在發光裝置包括適于將激勵光轉換成不同的光致發光波長的多個光致發光單元時(例如在一些光致發光單元適于轉換成紅光、一些適于轉換成綠光、一些適于轉換成黃光等的時候)是特別有利的。由此，無論各個單元的光致發光輻射的波長是什么樣的，對各個電致發光二極管的激勵光輻射的檢測都是由相鄰光電二極管來局部地實現的。

此外，電致發光二極管和光電二極管的具有凹進的共平面的臺面結構允許獲得高二極管密度，電致發光二極管和光電二極管的側向維度可以約為10μm至50μm。在確保電氣連接元件之間的良好的電絕緣的同時還方便了二極管的電氣連接。

最后，所述發光裝置包括以單片的方式被集成的電致發光二極管和光電二極管，這些二極管可以通過以下詳細說明的制造方法來同時獲得。

圖1b示出了在圖1a中示出的發光裝置的另一實施方式。該實施方式的不同之處主要在于一方面光致發光材料蓋件30和另一方面電氣連接層13。

在該示例中，光電芯片與在圖1a中示出的相似，不同之處在于連接元件22在此確保電致發光二極管的側向連接元件48以及相鄰光電二極管的導電部分55與控制芯片20的同一導電部分22的電氣連接。電致發光二極管40的側向連接元件48在此被布置在電致發光二極管40和相鄰光電二極管50之間。由此，光電二極管的p摻雜部分52和電致發光二極管的n摻雜部分41每個都具有相同的電勢。

在光電二極管的側向連接元件位于電致發光二極管和相鄰光電二極管之間的一個變型(見圖2a)中，連接元件可以確保電致發光二極管的導電部分和相鄰光電二極管的側向連接元件與控制芯片的同一導電部分的電氣連接。由此，電致發光二極管的p摻雜部分和相鄰光電二極管的n摻雜部分每個都具有相同的電勢。

此外，蓋件30在此包括材料31的層，其中所述材料具有與前述相同或相似的光致發光顆粒。由此，該相同的材料覆蓋多對電致發光二極管和相鄰光電二極管。

圖2a至圖2b示出了所述發光光電裝置的另一實施方式，其與在圖1a中所示的不同之處主要在于，該光電裝置適于通過電致發光二極管發射激勵輻射并通過相鄰光電二極管檢測光致發光輻射的至少一部分。

在該示例中，光致發光材料的蓋件30和控制芯片20與參照圖1a所述的相同或相似。電致發光二極管40和光電二極管50具有與參照圖1a所述的相同的共平面臺面結構。

光電二極管的活性區域53適于檢測穿過接收表面54接收到的光致發光光輻射。為此，如在圖2b中所詳細示出的，活性區域53包括基于這樣的半導體材料實現的至少一個量子阱3：該半導體材料的禁帶能量小于摻雜部分51、52的禁帶能量，并允許檢測所接收的光致發光輻射。由于光致發光波長大于激勵波長，量子阱3的禁帶能量小于適于檢測激勵輻射的量子阱2的禁帶能量。作為示例，量子阱3可以由具有23％的銦的ingan制成，以在約為530nm的綠光中檢測光致發光輻射。作為變型，量子阱3可以由具有30％的銦的ingan制成，以在約為600nm的紅光中檢測光致發光輻射。

由于檢測用活性區域53和發射用活性區域43具有相同的材料組成，用于光致發光檢測的量子阱3也存在于相鄰電致發光二極管的活性區域43中。為了避免改變電致發光二極管的發射特性，量子阱3優選地位于量子阱2和n摻雜部分41之間。實際上，由于空穴的移動性小于電子的移動性，光輻射的發射主要在位于p摻雜部分42附近的量子阱2中發生。由此，電致發光二極管的發射光譜沒有由于在發射性活性區域中存在用于檢測光致發光的量子阱而被改變。

在相鄰光電二極管的活性區域53中，量子阱3可能會檢測到光致發光輻射和激勵輻射。為了僅檢測光致發光輻射，有利的做法在于在光電二極管的接收表面54和光致發光材料31之間設置光濾波器4，以傳輸光致發光光輻射并阻擋激勵光輻射的傳輸。該光濾波器可以連續地由電介質材料(例如sin和sio2)的多層疊置來形成。

由此，由于光致發光的發射是大致各向同性的，所述發光裝置在能夠檢測到被接近電致發光二極管的光致發光材料轉換的光致發光光線的同時具有前述各個優點。由此，在蓋件包括適于發射不同波長的光致發光單元的情況下，各個光電二極管允許檢測光電裝置本身的整體發射光譜的各個分量的強度。通過使各個電致發光二極管的控制信號服從于各個光電二極管的檢測信號，能夠改變光電裝置的整體發射光譜。此外，在蓋件包括連續地覆蓋電致發光二極管和光電二極管的光致發光材料的情況下，該發光裝置允許檢測該材料的光致發光空間響應并由此建立該材料的空間分布或光致發光圖譜。

此外，反射性材料膜(未示出)覆蓋電致發光二極管的與和半導體部分接觸的表面相對的絕緣部分的表面，以優化電致發光二極管的發光效率。該膜可以由鋁、銀、或對激勵波長的反射率高于或等于80％、優選地高于或等于90％、甚至95％的任何其它材料制成。

此外，吸收性材料膜(未示出)覆蓋光電二極管的與和半導體部分接觸的表面相對的絕緣部分的表面，以將激勵輻射的傳輸限制到光電二極管的活性區域，尤其是在入射的激勵輻射相對于光濾波器具有入射角的時候(該入射角體現為濾波器對激勵輻射的阻擋率降低)。該膜可以由金或對激勵波長的吸收率高于或等于80％、優選地高于或等于90％、甚至95％的任何其它材料制成。

現在參照圖3a至圖3h來說明用于實現根據另一實施方式的發光裝置的方法的示例。該示例與于2014年6月27日提交的專利申請fr1456085中所述的方法相似，該專利申請的文本被視為構成本說明書的一部分。

參照圖3a，在生長基片60上實現由n摻雜半導體層61、包括量子阱的活性層63、以及p摻雜半導體層62形成的疊置，其中所述量子阱中有參照圖2a所述的、夾置于阻擋層之間的至少一個稱作“發射性量子阱”的量子阱和至少一個稱作“檢測用量子阱”的量子阱。然后給p摻雜層的自由表面覆上例如鋁制或銀制的導電層65。這些疊置的層用于形成電致發光二極管的和光電二極管的p摻雜部分42、52、n摻雜部分41、51和活性區域43、53，以及導電部分45、55。要指出的是，n摻雜層61可以包括覆蓋基片的、高度n+摻雜的部位，該部位覆蓋有具有更低的摻雜水平的部位。n摻雜層的這兩個部位可以由同一材料或兩種不同的材料制成。此外，生長基片可以由絕緣材料(例如藍寶石)或半導體材料(例如硅)制成，或基于iii-v或ii-vi材料。

然后沉積硬掩膜結構化凸塊64。具有大側向維度的凸塊用于形成電致發光二極管，而具有小徑向維度的凸塊則用于形成光電二極管。凸塊64具有在側面處形成凹進64a的結構。由此，每個凸塊64都包括形成靠在導電層65上的基座的第一部位64b，其側向維度之后限定二極管的n摻雜部分41、51的第二部位41b、51b的側向維度。每個凸塊都包括第二部位64c，該第二部位從第一部位64b延伸，其側向維度之后限定二極管的n摻雜部分的第一部位41a、51a、活性區域43、53和p摻雜部分42、52的側向維度。硬掩膜的這兩個部位的厚度是根據層疊置的不同材料的刻蝕速度來選擇的。

參照圖3b，基于導電層65、p摻雜層62、活性層63以及一部分n摻雜層61的疊置在硬掩膜凸塊64之間暴露的表面，實現對該疊置體的刻蝕。形成硬掩膜凸塊的凹進的部位64a也在該步驟期間被刻蝕。該刻蝕是干刻蝕，例如反應離子刻蝕或等離子刻蝕。

參照圖3c，基于所述疊置體的沒有被硬掩膜凸塊64覆蓋的表面，繼續刻蝕。由此，獲得多個共平面的臺面結構，其每個都是由導電部分45、55、p摻雜部分42、52、活性區域43、53、以及在與活性區域接觸的第一部位41a、51a和覆蓋基片60的第二部位41b、51b之間具有凹進46、56的n摻雜部分41、51的疊置形成的。n摻雜部分的第一部位41a、51a在平面(x，y)中的側向維度比第二部位41b、51b在平面(x，y)中的側向維度的小，以形成凹進表面46、56。優選地，用于形成電致發光二極管的臺面結構的側向維度比用于形成光電二極管的相鄰臺面結構的大。導電部分具有暴露的(即沒有可能存在的硬掩膜殘留的)表面。

參照圖3d，實現絕緣部分47、57，這些絕緣部分被布置在臺面結構之間的空間中，并且覆蓋這些臺面結構的除了凹進表面46、56以外的側面。這些絕緣部分可以是通過均勻地沉積連續覆蓋臺面結構和基片暴露的表面的電介質材料(例如厚度從3nm到100nm的sin)層來實現的。然后，通過對電介質層的位于臺面結構之間、凹進表面上和導電部分的表面上的部分的干刻蝕，僅保留位于臺面結構的側面上的部分。

可選地，通過傳統的平板印刷步驟實現陰極濺射類型的刻蝕和均勻沉積或化學氣相沉積，可以實現由對激勵波長具有反射性的材料制成的(例如由鋁或銀制成的)、覆蓋絕緣部分的暴露表面的膜，其中所述絕緣部分的暴露表面覆蓋用于形成電致發光二極管的臺面結構的側面。作為示意，該膜的厚度可以在鋁的情況下小于或等于50nm，或在銀的情況下小于或等于75nm。也可以實現由對激勵波長具有吸收性的材料制成的(例如由金制成的)、覆蓋絕緣部分的暴露表面的膜，其中所述絕緣部分的暴露表面覆蓋用于形成光電二極管的臺面結構的側面。作為示意，該膜的厚度可以在金的情況下大于或等于100nm。最終進行干刻蝕以重新暴露導電部分的表面并通過絕緣部分使導電部分與反射性或吸收性膜絕緣。在反射性和吸收性膜是導電體的情況下，這些膜可以覆蓋相應的凹進表面。

參照圖3e，通過填充位于各個臺面結構之間的空間來形成側向連接元件48、58。為此，實現導電材料的實心板沉積，然后進行機械-化學平整和/或刻蝕(例如rie刻蝕)，以去除所沉積的覆蓋臺面結構的導電材料并由此使得導電部分45、55的上表面和絕緣部分47、57的上表面暴露。所獲得的上表面由此是大致平面的。

參照圖3f，實現覆蓋在前一步驟結束時獲得的結構的上表面的電氣連接層13，該連接層是由電介質材料15形成的，所述電介質材料15圍繞在層13的兩個相對的表面之間延伸并與導電部分45、55和側向連接元件48、58接觸的連接元件14。為此，在所獲得的結構上沉積電介質層，然后通過平板印刷和刻蝕限定用于容納各個連接元件的空腔。然后，通過導電材料(例如：鋁)的實心板沉積來填充這些空腔，然后進行機械-化學平整。所述連接層具有適于例如直接與控制芯片膠合的大致平面的暴露表面。

參照圖3g，在連接層13的暴露表面處將所形成的結構固定到控制芯片20上。控制芯片包括與連接層13的連接元件14接觸的極化導電部分22。該固定尤其可以通過光電芯片的和控制芯片各自的金屬表面之間以及這兩個芯片各自的電介質表面之間的直接膠合、或分子粘附膠合來確保。替代地，也可以進行借助于電氣連接微珠和/或熱壓縮的固定。

在該示例中，例如通過機械-化學平整和/或干刻蝕取走生長基片60，以暴露光電芯片的包括二極管40、50的發射表面44和接收表面54的上表面。

然后，通過傳統平面印刷、刻蝕和沉積步驟，實現覆蓋光電二極管的接收表面54的光濾波器4，該覆蓋例如是借助于電介質材料層部分的交替實現的。然后用電介質材料層12覆蓋光電芯片的上表面和光濾波器4，然后例如以機械-化學方式平整所述的電介質材料層。該層的暴露表面可以被局部地結構化，以形成布置在發射表面和(如有必要)接收表面對面的凸起。

參照圖3h，將包括具有光致發光顆粒的材料的單元31的蓋件30固定到光電芯片的前表面11a上，以使得該光致發光材料覆蓋電致發光二極管的發射表面44和相鄰光電二極管的接收表面54。在此，每個光致發光單元31都面對一個包括一個電致發光二極管和一個光電二極管的像素。這些光致發光單元可以具有彼此不同的光致發光波長。

由此，可以通過熱壓縮或直接膠合將光電芯片固定到包括用于接收光致發光單元的貫穿開口網眼的框架上，然后通過稱作“增材沉積方法”的方法用光致發光材料填充這些開口。該方法可以是噴墨印刷、凹版印刷、絲網印刷、柔版印刷、滴沉積或濺射涂覆，或任何其它合適的技術。然后可以例如通過紫外線輻射使連結基質聚合化。

以上說明了具體的實施方式。各種變型和改動對本領域技術人員是明顯的。

由此，前述的實施方式提及包括凹進表面的n摻雜部分和位于控制芯片對面的p摻雜部分。摻雜部分的導通類型當然可以調換。

此外，某些單元可以不包括光致發光材料而是包括在光學上具有惰性(即不作為對可能的激勵輻射的吸收而發光并包括散布在連結基質中的散射顆粒)的材料。散射顆粒可以具有納米級的平均尺寸，例如從0.2nm到1000nm，可能地約為5nm至10nm，或者具有微米級尺寸，例如從1μm到50μm，可能地約為10μm。