包括發光二極體和控制電路的光電子裝置的製作方法

2023-06-03 03:56:11

技術領域

本發明一般地涉及基於半導體材料的光電子裝置和製造該光電子裝置的方法。本發明更一般地涉及包括由三維元件(特別是半導體微米線或納米線)形成的發光二極體的光電子裝置。

背景技術：

短語「包括發光二極體的光電子裝置」指定能夠將電信號轉換成電磁輻射的裝置且特別是專用於發射電磁輻射(特別是光)的裝置。能夠形成發光二極體的三維元件的示例是微米線或納米線，其包括基於化合物的半導體材料，該化合物主要包括至少一個III族元素和一個V族元素(例如，氮化鎵GaN)(在下文中稱為III-V化合物)或者主要包括至少一個II族元素和一個VI族元素(例如，氧化鋅ZnO)，在下文中稱為II-VI化合物。

光電子裝置可以包括多個發光二極體和發光二極體控制電路。作為示例，可能期望用AC電壓(特別是電源電壓)對光電子裝置供電。發光二極體控制電路然後可能能夠對AC電壓進行整流並選擇性地對發光二極體供電以適應跨裝置的瞬時電壓並例如促進減少由發光二極體發出的光的閃爍現象。文獻WO2013/110029描述了此類光電子裝置。發光二極體對應於分立光電子組件，其每個可以包括一個或多個發光二極體。控制電路可以對應於具有與之連接的光電子組件的集成電路。

缺點是連接到集成電路的發光二極體的數目受到光電子組件的體積和要在光電子組件之間保持的最小距離的限制。此外，製造光電子裝置的方法可能是複雜的，因為其包括將每個光電子組件連接到控制電路的步驟。

技術實現要素：

因此，實施例的目的是克服包括發光二極體的前述光電子裝置及其製造方法的缺點中的至少一個。

本發明的另一目的是通過減小被發光二極體佔用的空間來增加光電子裝置的緊湊性。

實施例的另一目的是減小包括串聯連接發光二極體的光電子裝置的體積。

本發明的另一目的是減少製造光電子裝置的方法的步驟的數目。

實施例的另一目的是能夠以工業規模且以低成本製造包括發光二極體的光電子裝置。

因此，實施例提供了一種光電子裝置，其包括：第一集成電路，其包括支撐體，該支撐體包括第一和第二相對表面，發光二極體的組合件的群組停靠在第一表面上，每個群組包括並聯和/或串聯連接在第一和第二端子之間的發光二極體的至少一個組合件，並且發光二極體的每個組合件包括線形、圓錐形或截頭圓錐形半導體元件或並聯連接的多個線形、圓錐形或截頭圓錐形半導體元件，第一集成電路還在支撐體中包括圍繞每個組合件的支撐體的各部分的橫向電絕緣的第一元件和在第二表面上針對每個群組的被連接到群組的第一端子的至少一個導電焊盤和被連接到群組的第二端子的第二導電焊盤；以及第二集成電路，其包括第三和第四相對表面，第三表面上的第三導電焊盤被電連接到第一和第二導電焊盤，第一集成電路被固定到第二集成電路的第三表面。

根據實施例，支撐體包括包含第五和第六相對表面的基板，發光二極體位於第五表面的側面，並且針對每個組合件包括至少一個第二導電元件，其與基板絕緣且從第五表面橫過基板至第六表面並連接到第一導電焊盤中的一個。

根據實施例，第一元件能夠將在每個組合件的發光二極體底層的基板的各部分橫向電絕緣。

根據實施例，第一元件包括在基板中從第五表面延伸至第六表面的絕緣壁。

根據實施例，第二集成電路包括從第三表面橫過第二集成電路至第四表面的排熱裝置。

根據實施例，所述裝置包括針對每個組合件的覆蓋所述組合件的每個發光二極體的電極層，並且還包括圍繞著所述組合件的發光二極體覆蓋電極層的導電層。

根據實施例，第二元件與導電層或電極層接觸。

根據實施例，第二集成電路包括意圖接收AC電壓的整流電路。

根據實施例，第一集成電路包括發光二極體的組合件的N個群組，其中，N是從2變化到200的整數，並且第二集成電路包括N-1個開關，每個開關被連接到所述群組中的一個的第一端子或第二端子。

根據實施例，第二集成電路包括N個電路元，所述N-1個電流源中的每一個被連接到所述群組中的一個的第一端子或第二端子。

根據實施例，所述裝置在第四表面上包括第四導電焊盤。

根據實施例，所述群組中的至少一個包括發光二極體的至少兩個組合件。

附圖說明

在特定實施例的以下非限制性描述中將結合附圖來詳細地討論前述及其它特徵和優點，在所述附圖中：

圖1是包括發光二極體的光電子裝置的實施例的部分簡化橫截面圖；

圖2是包括微米線或納米線的發光二極體的實施例的圖1的詳圖；

圖3是包括包含微米線或納米線的發光二極體的光電子裝置的另一實施例的部分簡化橫截面圖；

圖4是圖1的光電子裝置的部分簡化橫截面圖；

圖5至圖8是包括包含微米線或納米線的發光二極體的光電子裝置的其它實施例的部分簡化橫截面圖；以及

圖9和圖10是用於控制圖1中所示的光電子裝置的電路的實施例的圖。

具體實施方式

為了明了起見，在各種圖中用相同的參考標號來指定相同元件，並且此外，如在集成電路的表示中通常的那樣，各種圖並未按比例。此外，僅示出並將描述對理解本發明有用的那些元件。特別地，此後描述的用於控制光電子裝置的電路的邏輯電路在本領域的技術人員的能力範圍內且並未詳細地描述。

在以下描述中，除非另外指明，術語「基本上」、「近似」以及「大約」意指「在10％內」。此外，「主要由材料製成的化合物」或「基於材料的化合物」意指化合物包括大於或等於95％的比例的所述材料，此比例優選地大於99％。

本描述涉及光電子裝置，其包括由三維元件(例如微米線、納米線、圓錐形元件或截頭圓錐形元件)形成的發光二極體。在以下描述中，描述了用於由微米線或納米線形成的發光二極體的實施例。然而，可以針對除微米線或納米線之外的三維元件(例如，金字塔形三維元件)實現這些實施例。

術語「微米線」或「納米線」指定一種三維結構，其沿著優選方向具有細長形狀，具有在從5nm至2.5μm、優選地從50nm至2.5μm範圍內的至少兩個維度(稱為次要維度)，第三維度(稱為主要維度)等於最大次要維度的至少1倍、優選地5倍且更優選地至少10倍。在某些實施例中，次要維度可以小於或等於約1μm、優選地在從100nm至1μm、更優選地從100nm至300nm範圍內。在某些實施例中，每個微米線或納米線的高度可以大於或等於500nm，優選地在從1μm至50μm範圍內。

在以下描述中，術語「線」用來意指「微米線或納米線」。優選地，穿過橫截面的重心、在垂直於線的優選方向的平面內的線的中線基本上是直線的，並且此後稱為線的「軸」。

根據實施例，提供了已知包括至少兩個集成電路(也稱為晶片)的光電子裝置。第一集成電路包括在半導體基板的前表面上形成且相互電絕緣的發光二極體的至少兩個組合件。在半導體基板中形成矽通孔或TSV並與之絕緣，每個TSV將基板的前表面連接到後表面。第二集成電路包括被用於控制第一集成電路的發光二極體的組合件的電子組件，特別是電晶體。單一集成電路例如通過「倒裝晶片」型連接而固定到第二集成電路。將光電子晶片連接到控制晶片的焊接凸塊確保光電子晶片與控制晶片之間的機械連接，並且進一步確保發光二極體的每個組合件到控制晶片的電連接。第一集成電路在以下描述中稱為光電子電路或光電子晶片，並且第二集成電路在以下描述中稱為控制電路或控制晶片。

光電子晶片和控制晶片被堆疊，減小了裝置的橫向體積。作為示例，光電子裝置在頂視圖中佔用從1mm2至幾平方釐米範圍內的表面積。此外，光電子晶片可以具有與控制晶片相同的維度。從而，可以有利地增加光電子裝置的緊湊性。

優選地，光電子晶片僅包括發光二極體和這些發光二極體的連接的元件，並且控制晶片包括控制光電子晶片的發光二極體所需的所有電子組件。作為變體，除發光二極體之外，光電子晶片還可以包括其它電子組件。

可以將包括被固定到控制晶片的光電子晶片的組合件布置在保護封裝中。該保護封裝可以被固定到支撐體(例如，印刷電路)，通過該封裝而形成控制晶片到外部系統的電連接。作為變體，可以將控制晶片(具有被與之固定的光電子晶片)直接地固定到支撐體。

圖1是包括被固定到控制晶片7的光電子晶片6的光電子裝置5的實施例的部分簡化橫截面圖，光電子晶片6包括由諸如先前所述的線形成的發光二極體。作為示例，圖1中所示的光電子晶片6包括發光二極體組合件的三個群組G1、G2和G3。每個群組包括串聯地和/或並聯地組裝的發光二極體的一個或多個組合件。每個二極體組合件包括串聯地和/或並聯地組裝的一個或多個二極體。二極體的串聯連接意指一個二極體的陽極被連接到另一二極體的陰極。二極體的並聯連接意指二極體的陽極被連接在一起且二極體的陰極被連接在一起。單元發光二極體的每個組合件等價於包括陽極和陰極的發光二極體。組合件的串聯連接意指一個組合件的陽極被連接到另一組合件的陰極。組合件的並聯連接意指組合件的陽極被連接在一起且組合件的陰極被連接在一起。

發光二極體的組合件的群組的數目取決於目標應用且可以從1變化至200。

圖1示出了包括以下各項的光電子晶片結構6：

-半導體基板10，其包括下表面12和相對上表面14，上表面14優選地至少在發光二極體的組合件群組的水平處是平面的；

-示意性地示出的發光二極體的組合件群組G1、G2、G3，每個群組G1、G2、G3包括兩個電極，也稱為端子；

-在基板的表面14上延伸的絕緣層26；

-封裝層34，其覆蓋整個結構且特別是每個群組G1、G2、G3；

-附加支撐體36，也稱為把手；

-絕緣層38，其覆蓋下表面12；

-針對每個群組G1、G2、G3，至少一個TSV 401、402、403，在圖1中示出了兩個TSV，每個TSV 401、402、403包括被連接到群組G1、G2、G3的電極中的一個的導電部分421、422、423，每個在基板10中從上表面14延伸至下表面12，並且其被絕緣層441、442、443與基板10絕緣，導電部分421、422、423通過導電焊盤461、462、463在絕緣層38上繼續；

-導電焊盤481、482、483，其通過在絕緣層38中提供的開口501、502、503與下表面12接觸；以及

-在表面12與表面14之間延伸並圍繞發光二極體G1、G2、G3的關聯群組的基板10的部分531、532、533的電絕緣部件52，用於發光二極體的組合件的每個群組G1、G2、G3。

光電子裝置5還可以包括與封裝層34混同或者在封裝層34與把手36之間提供或者在把手36上提供的未示出的磷光體層。

圖2是發光二極體的組合件的群組G1的實施例的圖1的詳圖，其中，群組G1包括單元發光二極體的三個組合件D1、D2、D3。其它群組G2和G3可以具有類似於群組G1的結構的結構。群組G1包括：

-籽晶焊盤161、162、163，其有利於導電的生長並被布置在表面14上；

-線201、202、203，其分布在具有高度H1的線的至少兩個組合件(在圖2中示出了五個線的三個組合件D1、D2、D3作為示例)中，每個線201、202、203與籽晶焊盤161、162、163中的一個接觸，每個線201、202、203包括與籽晶焊盤161、162、163接觸的高度H2的下部221、222、223和接續下部221、222、223的高度H3的上部241、242、243，絕緣層26在每個線201、202、203的下部221、222、223橫向側面延伸；

-殼281、282、283，其包括覆蓋每個上部241、242、243的一堆半導體層；

-針對每個組合件D1、D2、D3的層301、302、303，其形成覆蓋每個殼281、282、283並將其連接在一起(通過出於此目的而在絕緣層26上延伸)的電極；

-可能，針對每個組合件D1、D2、D3，在線201、202、203之間覆蓋電極層301、302、303而不在線201、202、203上延伸的導電層321、322、323。

此外，在圖2中所示的實施例中，導電焊盤481分布成每個線組合件至少一個導電焊盤48'1、48'2、48'3，通過在絕緣層38中提供的開口50'1、50'2、50'3與下表面12接觸，每個導電焊盤48'1、48'2、48'3基本上與每個組合件D1、D2、D3的線201、202、203垂直地成一直線布置。

此外，電絕緣部件52針對發光二極體的每個組合件D1、D2、D3而定義與組合件D1、D2、D3的線垂直成一直線地在表面12和14之間延伸的基板10的部分53'1、53'2、53'3。

線201、202、203和關聯殼281、282、283形成單元發光二極體。在圖2中所示的實施例中，每個組件D1、D2、D3因此包括並聯地連接的多個單元發光二極體。在本實施例中，單元發光二極體停靠在其上面的支撐體包括基板10、絕緣層38以及籽晶焊盤161、162、163。

在圖2中，發光二極體組合件D1、D2、D3被示為被串聯連接。為此，組合件D1的電極301被連接到TSV 401的導電部分421。組合件D2的電極302被連接到與組件D1相關聯的基板部分53'1，並且組合件D3的電極303被連接到與組合件D2相關聯的基板部分53'2。

圖1和2示出了控制晶片結構7，包括：

-半導體基板60，其包括下表面62和相對上表面64；

-電子組件66，其在基板60的內部和/或頂部上形成，在圖1中示出了三個MOS電晶體作為示例；

-一堆絕緣層68，其在基板60的表面64上且在電子組件66上延伸並包括與光電子晶片5相對的上表面69；

-導電焊盤70，其在絕緣層68的堆疊之上的絕緣層上；

-互連元件，其包括分布在絕緣層68上的導電跡線72和橫過絕緣層68並連接電子組件66和導電焊盤70的導電通孔74；

-絕緣層76，其覆蓋下表面62；

-可能，允許後表面連接的橫過基板60的至少一個TSV 78，TSV 78包括被連接到通孔74中的一個並在基板60中從上表面64延伸至下表面62且通過絕緣層82與基板60絕緣的導電部分80，導電部分80通過導電焊盤84在絕緣層76上延續。

在本實施例中，光電子晶片6被通過可熔導電元件86(例如，焊接凸塊或銦凸塊)被固定到控制晶片7。優選地，至少某些焊接凸塊86將光電子晶片6的導電焊盤461、462、463、481、482、483中的至少某些連接到控制晶片7的導電焊盤70中的一個並提供這些導電焊盤之間的電連接。

在圖2中所示的群組G1的更詳細實施例中，單個TSV 401與被連接到組合件D1的電極301的群組G1相關聯。控制晶片7與組合件D3之間的連接由導電焊盤48'3形成，其通過可熔導電元件86連接到控制晶片7。作為變體，在其中兩個TSV 401與群組G1相關聯的情況下，第二TSV 401可以連接到在表面14的側面的基板53'3的部分。

根據實施例，可以由控制晶片7來執行發光二極體D1、D2、D3的不同組合件的串聯和/或並聯連接。在這種情況下，發光二極體的每個組合件D1、D2、D3的兩個連接端子被可熔凸塊86連接到控制晶片7，一個被TSV，另一個被導電焊盤48'1、48'2、48'3。

根據實施例，控制晶片7可以被焊接凸塊88固定到外部電路，例如印刷電路(未示出)，其兩者都與導電焊盤84接觸。

在本實施例中，半導體基板10對應於單片結構。半導體基板10例如是由矽、鍺、碳化矽、III-V化合物製成的基板(諸如GaN或GaAs或ZnO基板)。優選地，基板10是單晶矽基板。

優選地，半導體基板10被摻雜以使電阻率降低至與金屬的電阻率接近的電阻率，優選地小於幾mohm.cm。基板10優選地是重摻雜基板，具有在從5*1016原子/cm3至2*1020原子/cm3、優選地從1*1019原子/cm3至2*1020原子/cm3範圍內的摻雜劑濃度，例如5*1019原子/cm3。基板10具有從275μm至1500μm範圍內的厚度，優選地725μm。在矽基板10的情況下，P型摻雜劑的示例是硼(B)或銦(In)，並且N型摻雜劑的示例是磷(P)、砷(As)或銻(Sb)。優選地，基板10是N型磷摻雜的。矽基板10的表面12可以是(100)表面。

也稱為籽晶島的籽晶焊盤161、162、163由有利於線201、202、203的生長的材料製成。可以提供處理以保護籽晶焊盤的橫向側面和未被籽晶焊盤覆蓋的基板部分的表面以防止線在籽晶焊盤的橫向側面和未被籽晶焊盤覆蓋的基板部分的表面上生長。該處理可以包括形成在籽晶板的橫向側面且在基板之上和/或其內部延伸的電介質區，並且針對每一對焊盤將該對中的焊盤中的一個連接到該對中的另一焊盤，在電介質區上沒有線生長。所述電介質區可以進一步在籽晶焊盤161、162、163之上延伸。作為變體，可以用在與組合件D1、D2或D3相關聯的區域中覆蓋基板10的表面14的籽晶層來替換籽晶焊盤161、162、163。然後在籽晶層之上形成電介質區以防止不想要的位置上的線生長。

作為示例，形成籽晶焊盤161、162、163的材料可以是來自元素周期表的IV、V或VI列的過渡金屬的氮化物、碳化物或硼化物或者這些化合物的組合。

絕緣層26可以由電介質材料、例如由矽氧化物(SiO2)、矽氮化物(SixNy，其中，x近似等於3且y近似等於4，例如Si3N4)、矽氧氮化物(SiOxNy，其中，x可以近似等於1/2且y可以近似等於1，例如Si2ON2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(HfO2)或金剛石製成。作為示例，絕緣層26的厚度可以在從5nm至800nm範圍內，例如等於約30nm。

線201、202、203至少部分地由至少一個半導體材料形成。半導體材料可以是矽、鍺、碳化矽、III-V化合物、II-VI化合物或這些化合物的組合。

線201、202、203可以至少部分地由主要包括III-V化合物(例如，III-N化合物)的半導體材料形成。III族元素的示例包括鎵(Ga)、銦(In)或鋁(Al)。III-N化合物的示例是GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。還可以使用其它V族元素，例如磷或砷。一般地，可以以不同的摩爾分數將III-V化合物中的元素組合。

線201、202、203可以至少部分地基於主要包括II-VI化合物的半導體材料而形成。II族元素的示例包括IIA族元素，特別是鈹(Be)和鎂(Mg)以及IIB組元素，特別是鋅(Zn)和鎘(Cd)。VI族元素的示例包括VIA族元素，特別是氧(O)和碲(Te)。II-VI化合物的示例是ZnO、ZnMgO、CdZnO或CdZnMgO。一般地，可以以不同的摩爾分數將II-VI化合物中的元素組合。

線201、202、203可以包括摻雜劑。作為示例，針對III-V化合物，摻雜劑可以選自包括以下各項的組：II族P型摻雜劑，例如鎂(Mg)、鋅(Zn)、鎘(Cd)或汞(Hg)、IV族P型摻雜劑，例如碳(C)或IV族N型摻雜劑，例如矽(Si)、鍺(Ge)、硒(Se)、硫(S)、鋱(Tb)或錫(Sn)。

線201、202、203的橫截面可以具有不同的形狀，諸如橢圓形、圓形或多邊形，特別是三角形、矩形、正方形或六邊形形狀。因此應理解的是與線或沉積在此線上的層的橫截面相關地提及的術語「直徑」指定與此橫截面中的目標結構的表面面積相關聯的量，例如對應於具有與線橫截面相同的表面面積的圓盤的直徑。每個線201、202、203的平均直徑可以在從50nm至2.5μm範圍內。每個線201、202、203的高度H1可以在從250nm至50μm範圍內。每個線201、202、203可以沿著基本上垂直於表面14的軸線具有細長半導體結構。每個線201、202、203可以具有大體上圓筒形的形狀。兩個相鄰線20的軸線可以相距從0.5μm至10μm且優選地從1.5μm至4μm。作為示例，線201、202、203可以規則地分布，特別是在六邊形網絡中。線201、202、203的數目針對不同的組合件D1、D2和D3可以不同。

作為示例，每個線201、202、203的下部221、222、223主要由與基板10相同摻雜類型(例如類型N，例如矽摻雜)的III-N化合物形成。下部221、222、223延伸至可以在從100nm至25μm範圍內的高度H2。

作為示例，每個線201、202、203的上部241、242、243至少部分地由III-N化合物(例如GaN)製成。上部241、242、243可以是N型摻雜的，可能與下部221、222、223相比不那麼重地摻雜，或者可能未被故意摻雜。上部241、242、243延伸至可以在從100nm至25μm範圍內的高度H3。

殼281、282、283可以包括多個層的堆疊，特別地包括：

-活性層，其覆蓋關聯線201、202、203的上部241、242、243；

-中間層，其具有與下部221、222、223的導電性類型相對的導電性類型並覆蓋活性層；以及

-連接層，其覆蓋中間層並被電極301、302、303覆蓋。

活性層是從其發出由單元發光二極體輸送的大部分輻射的層。根據示例，活性層可以包括電載荷子限制部件，諸如多量子阱。其例如由具有從5至20nm(例如，8nm)和從1至10nm(例如，2.5nm)的各厚度的GaN和InGaN層的交替形成。GaN層可以是例如N或P型摻雜的。根據另一示例，活性層可以包括單個InGaN層，例如具有大於10nm的厚度。

例如P型摻雜的中間層可以對應於半導體層或半導體層的堆疊，並且允許形成P-N或P-I-N結，活性層在中間P型層與P-N或P-I-N結的上N型部分241、242、243之間。

結合層可以對應於半導體層或半導體層的堆疊，並且使得能夠在中間層與電極301、302、303之間形成歐姆接觸。作為示例，結合層可以是非常重地摻雜的，是與每個線20的下部221、222、223的類型相反的類型，直至半導體層退化為止，例如以大於或等於1020原子/cm3的濃度P型摻雜。

半導體層的堆疊可以包括由三元合金(例如，與活性層和中間層接觸的氮化鋁鎵(AlGaN)或氮化鋁銦(AlInN))形成的電子阻擋層，以用於活性層中的電載流子的良好分布。

電極301、302、303能夠使每個導電層201、202、203的活性層偏置並允許由發光二極體發出的電磁輻射通過。形成電極301、302、303的材料可以是透明導電材料，諸如氧化銦錫(ITO)、氧化鋁或鎵鋅或石墨烯。作為示例，電極層301、302、303具有在從5nm至200nm且優選地從20nm至50nm範圍內的厚度。

導電層321、322、323優選地對應於金屬層，例如鋁、銀、銅或鋅。作為示例，導電層321、322、323具有在從20nm至1000nm、優選地從100nm至200nm範圍內的厚度。

封裝層34由至少半透明絕緣材料製成。封裝層34的最小厚度在從250nm至5μm範圍內，使得封裝層34完全覆蓋在發光二極體D1、D2、D3的組合件之上的電極301、302、303。封裝層34由至少半透明無機材料製成。作為示例，無機材料選自包括SiOx(其中，x是1與2之間的實數)或SiOyNz(其中，y和z是0與1之間的實數)的矽氧化物以及鋁氧化物(例如，Al2O3)類型的群組。封裝層34由至少半透明有機材料製成。作為示例，封裝層34是矽樹脂聚合物、環氧樹脂聚合物、丙烯酸聚合物或聚碳酸酯。

作為示例，把手36具有在從50μm至5000μm、優選地從200μm至1000μm範圍內的厚度。把手36由至少部分透明的材料製成。其可以是玻璃，特別是矽酸硼玻璃，例如Pyrex或藍寶石。根據另一實施例，把手36不存在。

發光二極體D1、D2、D3的組合件中的至少一個的單元發光二極體的殼281、282、283的活性層可以與發光二極體的其它組合件的單元發光二極體的殼的活性層相同地製造或者可以不這樣。例如，殼281的活性層可能能夠以第一波長發射光(例如，藍光)，並且殼282的活性層可能能夠以不同於第一波長的第二波長發射光，例如綠光。這可以例如通過修改形成這些活性層的量子阱的厚度或組成來獲得。在其中以不同方式製造殼281、282的活性層的情況下，可以提供第一掩蔽步驟以在形成殼281的活性層期間保護組合件D2，並且可以提供第二掩蔽步驟以在形成殼282的活性部分期間保護組合件D1。此外，組合件D3可能能夠以不同於第一波長和第二波長的第三波長發射光(例如，紅光)。因此，可以選擇藍光、綠光以及紅光的組成，使得觀察者通過色彩組成而感知到白光，每個二極體或二極體組合件以第一波長、第二波長以及第三波長發射，其可以被獨立於其它的進行處理以調整色彩。

在圖1中所示的實施例中，每個導電部分421、422、423可以對應於覆蓋絕緣層441、442、443的層或層的堆疊。TSV 401、402、403的芯可以被完全地或僅部分地填充導電材料。

在前述實施例中，TSV 401、402、403在發光二極體的每個組合件D1、D2、D3的周界處與電極301、302、303相接觸。根據另一實施例，還可以在光電子晶片6的每個線201、202、203的水平處提供TSV。每個TSV與關聯線的籽晶焊盤161、162、163相接觸。可以將TSV相互連接。然後可以將線單獨地偏置。作為變型，可以將在基板10的後表面12的側面提供的電極連接到與發光二極體的同一組合件D1、D2、D3相關聯的TSV的組合件。根據另一實施例，TSV可以同時地與發光二極體的同一組合件D1、D2、D3的多個線201、202、203的籽晶焊盤161、162、163接觸。

根據另一實施例，每個TSV 401、402、403可以由填充材料形成，例如多晶矽、鎢或者在製造光電子晶片6的方法的後續步驟期間支撐熱平衡的耐火金屬材料。多晶矽有利地具有與矽的熱膨脹係數接近的熱膨脹係數，並且因此使得能夠在製造光電子晶片6的方法的在高溫下執行的後續步驟期間減小機械應力。

根據另一實施例，作為用通過絕緣壁與基板10絕緣的填充材料來形成TSV的替代，可以通過界定基板的一部分的絕緣溝槽來形成TSV，該部分然後起到TSV的導電部分的作用。優選地，然後使用例如具有大於或等於1019原子/cm3的摻雜劑濃度的重摻雜矽來減小此連接的電阻。

在本實施例中，電絕緣部件52包括跨基板10的整個厚度延伸並用絕緣材料(例如氧化物，特別是矽氧化物，或者絕緣聚合物)填充的溝槽。作為變型，由TSV 401來提供與每個二極體相關聯的每個基板部分10的電絕緣。根據另一變型，電絕緣壁52包括與基板10相對並沿著基板10的整個深度延伸的偏置型的摻雜區。

根據另一實施例，基板10可以不存在。然後可以在與籽晶焊盤161、162、163接觸的光電子晶片的下表面上布置鏡像層。根據實施例，該鏡像層能夠至少部分地反射由單元發光二極體發射的輻射。可以用至少一個金屬層來覆蓋該鏡像層。絕緣層38然後直接地覆蓋鏡像層(或者金屬層，如果存在的話)。如前所述，在絕緣層38上形成導電焊盤461、462、463、481、482、483。

在本實施例中，有單元發光二極體停靠在其上面的支撐體包括籽晶焊盤、鏡像層以及導電焊盤。

圖3示出了包括光電子裝置5的所有元件的光電子裝置90的另一實施例，並且其中，控制晶片7還包括排熱裝置92，在圖3中示出了兩個排熱裝置92作為示例。排熱裝置92有利地使得能夠改善由光電子晶片6在操作中產生的熱的移除。優選地，每個排熱裝置92跨控制晶片7的整個厚度延伸。每個排熱裝置92由作為良好熱導體的一堆材料形成。優選地，在基板60中延伸的排熱裝置92的部分與基板60電絕緣，並且可以具有與諸如先前所述的TSV類似的結構。

根據實施例，可以將排熱裝置92不連接到光電子晶片。這也適用於在圖3的左側示出的排熱裝置92。根據另一示例，可以用焊接凸塊86將排熱裝置92連接到導電焊盤93，如針對在圖3的右側示出的布置於與電活性區域絕緣的光電子晶片的基板區域上的排熱裝置92發生的一樣，因為其由通過被電絕緣體填充的溝槽與基板的其餘部分完全絕緣的基板區域形成，或者因為其由被電絕緣層覆蓋的基板區域形成。

圖4是沿著線IV-IV的圖2的橫截面圖。在此圖中，電絕緣壁52被示為完全圍繞與發光二極體的每個組合件D1、D2、D3相關聯的基板10的部分。然而，作為變型，針對發光二極體的每對組合件，可以跨光電子晶片6的整個寬度僅在兩個鄰近組合件之間提供電絕緣壁52。作為示例，在圖4的橫截面平面中，每個電絕緣壁可以具有在從200nm至250μm且優選地從5μm至30μm範圍內的寬度。

在前述實施例中，絕緣層26覆蓋每個線201、202、203的下部221、222、223的整個周界。作為變型，可以使下部221、222、223的一部分或者甚至使整個下部221、222、223不被絕緣層26覆蓋。在這種情況下，殼281、282、283可以覆蓋每個線20達到大於H3的高度或者甚至達到高度H1。此外，在前述實施例中，絕緣層26並未覆蓋每個線201、202、203的上部241、242、243的周界。作為變型，絕緣層26可以覆蓋每個線201、202、203的上部241、242、243的一部分。此外，根據另一變型，絕緣層26可以針對每個線201、202、203部分地覆蓋殼281、282、283的下部。

在圖1、圖2和圖3中所示的實施例中，光電子裝置5被設於控制晶片7的下表面上的焊接凸塊88電連接到外部電路。然而，可以設想其它電連接模式。

圖5示出了另一實施例，其中，用連接到控制晶片7的上表面69(具有被與之固定的光電子晶片6)的線94將控制晶片7電連接到外部電路，例如印刷電路，未示出。

圖6示出了另一實施例，其中，用在光電子晶片6的上表面側連接到導電焊盤的線95將光電子晶片6電連接到外部電路，例如印刷電路，未示出。

圖7示出了另一實施例，其中，用在光電子晶片6的下表面12的側面連接的焊接凸塊96將光電子晶片6電連接到外部電路，例如印刷電路，未示出。

圖8示出了另一實施例，其中，用被連接到控制晶片7的上表面69的凸塊97將光電子晶片6電連接到外部電路，例如印刷電路，未示出。

圖5至圖8中所示的實施例有利地使得能夠將控制晶片7的後表面固定到排熱裝置92可以被連接到的熱傳導支撐體。這改善了在控制晶片7中產生的熱的移除。

根據實施例，製造光電子裝置5的方法包括步驟：

-製造光電子晶片6；

-製造控制晶片7；

-將光電子晶片6與控制晶片7組裝；

-可能，將控制晶片7和光電子晶片6的堆疊布置在保護封裝中；以及

-將控制晶片7和光電子晶片6的堆疊固定到支撐體。

在通過引用結合到本文中的專利申請WO2014/044960和FR13/59413中描述了製造發光二極體組合件D1、D2、D3的方法的實施例。

根據圖2中所示的實施例，發光二極體G1的群組的TSV 421的實施例可以包括以下步驟，其中，可以同時地以相同方式形成TSV 422、423：

(1)蝕刻至少一個開口，其穿過絕緣層38、基板10、絕緣層26而使電極層301暴露。此開口可以具有圓形或矩形橫截面。優選地，還蝕刻電極層301以使金屬層321的一部分暴露。基板10的蝕刻可以是深反應離子蝕刻(DRIE)。還通過用適應於絕緣層26的化學作用進行的等離子體蝕刻來執行絕緣層26的所述部分的蝕刻。同時，可以蝕刻電極層301。作為變型，可以從其中在形成金屬層321的步驟之前形成TSV的區域去除層301。可以與針對TSV提供的開口同時地形成用於形成電絕緣壁52的溝槽。

(2)例如在層38上且在已在步驟(1)處蝕刻的開口的內壁上用SiO2或SiON形成絕緣層441。例如通過用PECVD(用於增強型等離子體化學氣相沉積的簡稱)進行的保形沉積或者通過絕緣聚合物的保形沉積來形成絕緣層441。絕緣層411具有在從200nm至5000nm範圍內的厚度，例如約3μm。可以與電絕緣壁52同時地形成絕緣層441。

(3)蝕刻絕緣層441以在已在步驟(2)處蝕刻的開口的底部處使導電層321暴露。其為各向異性蝕刻。

(4)在絕緣層38中蝕刻至少一個開口501以使基板10的表面12的一部分暴露。為了執行此蝕刻，可以暫時地例如用樹脂阻隔在步驟(1)處蝕刻的開口。

(5)填充TSV並形成導電焊盤461、48'1、48'2、48'3。可以用銅的電解沉積來填充TSV。然後用化學機械拋光(CMP)對沉積進行平面化。然後，金屬沉積可以傳遞從焊盤到基板10的表面12的接觸。

作為變型，可以例如在形成殼281、282、283之前在基板10的上表面14的側面形成TSV 401。然後僅跨基板10的厚度的一部分形成TSV 401並在薄化基板12的步驟之後在基板的下表面12的側面暴露。然後可以通過化學氣相沉積(CVD)來執行TSV的填充，並且可以通過熱氧化來執行TSV的絕緣。

製造控制晶片7的方法可以包括集成電路製造方法的常規步驟，並且並未更詳細地描述。

將光電子晶片6組裝在控制晶片7上的方法可以包括焊接操作。將形成導電焊盤461、462、463、481、482、483、70的金屬堆疊選擇成與在電子裝置中使用的焊接操作且特別是與所使用的例如由Cu製成的焊料相容，所述焊料具有OSP面層(OSP是用於有機可焊性保護層的簡稱)或Ni-Au面層(用化學過程，特別是為了獲得ENIG型結構，ENIG是用於無電鍍鎳浸金的簡稱，或者用電化學過程)、Sn、Sn-Ag、Ni-Pd-Au、Sn-Ag-Cu、Ti-Wn-Au或ENEPIG(用於無電鍍鎳/無電鍍鈀/浸金)。

圖9示出了光電子裝置5的實施例的等價電氣圖，其中，控制晶片7能夠從AC電源電壓控制光電子晶片6的發光二極體群組。然而應顯而易見的是圖9中所示的電氣圖僅僅是實施例，並且應根據光電子裝置5的所提供用途來修改由控制晶片7執行的功能。

在本實施例中，控制晶片7包括意圖接收電源電壓VALIM的兩個輸入端子IN1和IN2。作為示例，輸入電壓VALIM可以是具有例如在從10Hz至1MHz範圍內的頻率的正弦電壓。電壓VALIM例如對應於電源電壓。

控制晶片7包括全波整流電路100，其例如包括例如由四個二極體形成的二極體橋。整流電路100接收電源電壓VALIM並供應電壓VIN。

光電子晶片6包括發光二極體Gi的N個群組，i從1至N不等，其中，N是在從2至200、優選地從2至20範圍內的整數。

在本實施例中，發光二極體Gi的N個群組被串聯連接。每個群組Gi可以包括例如被串聯連接的發光二極體的多個組合件。該串聯連接可以直接地在光電子晶片6的層級處形成。作為示例，一組發光二極體Gi的每個導電焊盤48i被延續至與發光二極體群組Gi+1的導電焊盤46i+1接觸。作為變型，可以由位於控制晶片7中的連接元件來執行發光二極體群組的串聯連接。

控制晶片7包括與發光二極體群組G1至GN串聯連接的電流源102。針對從1至N-1不等的i，群組Gi的發光二極體的最後一個組合件的陰極被連接到群組Gi+1的發光二極體的第一組合件的陽極。控制晶片7還包括N-1個可控開關SW1至SWN-1。每個開關SWi(i從1至N-1不等)被並聯地組裝在群組Gi的發光二極體的最後一個組合件的陰極與群組Gi+1的發光二極體的第一組合件的陽極之間。每個開關SWi(i從1至N-1不等)被信號Si控制。

控制晶片7還包括能夠跨電流源102供應表示電壓VCS的信號SV的電壓傳感器104。控制晶片7還包括控制單元106，其接收信號SV並供應信號S1至SN-1以便命令開關SW1至SWN-1的關斷或接通。控制單元106優選地對應於專用電路。

下面是根據圖8中所示的實施例的光電子裝置5的操作，認為開關是完美的。控制電路106能夠根據跨電流源102的電壓VCS的值將開關SWi接通或關斷，i從1至N-1不等。為此，控制單元106能夠將電壓VCS與至少一個閾值相比較。作為示例，由整流電橋100供應的電壓VIN是已整流正弦電壓，其包括連續的循環，在循環中的每一個中具有從零值開始增加、穿過最大值且減小至零值的電壓VIN。在每個循環開始時，所有開關SWi(i從1至N-1不等)被接通。從而，發光二極體群組G2至GN被短路，並且電壓VIN分布在發光二極體群組G1與電流源102之間。電壓VIN從零值開始上升。當跨發光二極體群組G1的電壓超過其閾值電壓時，發光二極體群組G1接通並開始發光。跨發光二極體群組G1的電壓然後是基本上固定的，並且電壓VCS隨著電壓VIN一起繼續增加。當電壓VCS超過閾值時，單元106命令開關SW1的關斷。電壓VIN然後分布在發光二極體群組G1和G2與電流源102之間。當跨發光二極體群組G2的電壓超過其閾值電壓時，發光二極體群組G2接通並開始發光。跨發光二極體群組G2的電壓然後是基本上固定的，並且電壓VCS隨著電壓VIN一起繼續增加。當電壓VCS超過閾值時，單元106命令開關SW2的關斷。重複這些步驟直至開關SWN-1關斷為止。然後所有發光二極體開啟。當電壓VIN從其最大值開始減小時，開關SWN-1至SW1隨著電壓VIN減小(例如每當電壓VCS減小至閾值以下時)而被按照此順序連續接通。

作為變型，當用金屬氧化物柵極場效應電晶體或MOS電晶體來形成開關SW1至SWN-1時，作為測量電壓VCS的替代，可能期望測量跨電晶體的電壓。

圖10示出了控制晶片7的另一實施例。在本實施例中，控制晶片7包括與每個發光二極體群組Gi相關聯的可控電流源108i，i從1至N不等。控制單元106能夠獨立地將每個電流源108i激活或去激活。電流源108i具有公共端子，i從1至N不等。每個電流源108i(i從1至N不等)具有向控制單元106供應表示跨電流源108i的電壓的信號SIi的關聯傳感器110i。電流源108N具有被連接到群組GN的發光二極體的最後一個組合件的陰極的端子。每個電流源108i(i從2至N不等)具有被連接到群組Gi的發光二極體的最後一個組合件的陰極的端子。

下面是根據圖9中所示的實施例的光電子裝置5的操作。根據跨每個電流源102i的電壓(i從1至N不等)，控制電路106能夠連續地激活每個電流源108i(i從1至N不等)，同時將先前激活的電流源去激活。

上文已描述了具有不同變化的各種實施例。應注意的是本領域的技術人員可在未顯示出任何發明性步驟的情況下將這些各種實施例和變型的各種元素組合。作為示例，可以用圖2中所示的裝置5的結構或圖3中所示的裝置90的結構來實現圖9或圖10中所示的光電子裝置5的電氣圖。