阅读说明：本技术 Iii族氮化物多波长发光二极管 (Group III nitride multi-wavelength light emitting diode ) 是由 I·H·维尔德森 P·P·德布 R·阿米塔奇 于 2018-12-21 设计创作，主要内容包括：一种发光二极管(LED)阵列可以包括基板上的第一像素和第二像素。第一像素和第二像素可以包括一个或多个LED上的一个或多个隧道结。LED阵列可以包括第一像素和第二像素之间的第一沟槽。沟槽可以延伸到基板。(A Light Emitting Diode (LED) array may include a first pixel and a second pixel on a substrate. The first pixel and the second pixel may include one or more tunnel junctions over one or more LEDs. The LED array may include a first trench between the first pixel and the second pixel. The trench may extend to the substrate.)

III族氮化物多波长发光二极管

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年12月22日提交的美国临时申请号62/609,447、2017年12月22日提交的美国临时申请号62/609,359、2018年3月22日提交的欧洲专利申请号18163287.8、2018年3月26日提交的欧洲专利申请号18163994.9、2018年12月20日提交的美国非临时申请号16/228,211以及2018年12月20日提交的美国非临时申请号16/228,311的权益，其内容由此通过引用并入本文中。

背景技术

微型LED（uLED）可以是小尺寸的LED（通常直径~50um或更小），当红色、蓝色和绿色波长的uLED可以紧密接近地排列时，所述uLED可以用于产生非常高分辨率的彩色显示器。uLED显示器的制造通常涉及从单独的蓝色、绿色和红色WL晶片挑选单体的uLED，并且在显示器上以交替的紧密接近地对它们进行排列。由于每个uLED的小尺寸，该挑选、排列和附着组件序列很慢并且容易发生故障。更糟糕的是，由于提高分辨率一般需要减小uLED尺寸，因此填充高分辨率uLED显示器所需要的挑选和放置操作的复杂性和困难性可能使它们对于广泛使用来说过于昂贵。

发明内容

发光二极管（LED）阵列可以包括基板上的第一像素和第二像素。第一像素和第二像素可以包括一个或多个LED上的一个或多个隧道结。LED阵列可以包括在第一像素和第二像素之间的第一沟槽。沟槽可以延伸到基板。

附图说明

从以下描述可以得到更详细的理解，所述描述结合附图通过示例的方式给出，其中：

图1A示出了多量子阱发光二极管（LED）；

图1B示出了蚀刻第一LED、第二LED、第三LED、第一隧道结以及第二隧道结以形成一个或多个沟道；

图1C示出了移除第一LED、第一隧道结、第二LED、第二隧道结以及第三LED的不同部分；

图1D示出了可以进一步限定像素的第三蚀刻步骤；

图1E示出了形成覆盖的共形电介质层；

图1F示出了在共形电介质层中形成开口；

图1G示出了在开口中形成接触部；

图1H示出了在开口中形成另一接触部以形成LED阵列；

图1I示出了将LED阵列附着到LED设备附着区域；

图1J示出了LED阵列的另一示例；

图1K示出了形成可见光通信（VLC）系统的一部分的LED阵列；

图1L示出了VLC接收器；

图1M是图示使用的方法的流程图；

图1N是图示形成设备的方法的流程图；

图2A是示出发光二极管（LED）设备的图；

图2B是示出多个LED设备的图；

图2C是示出具有次级光学器件的LED系统的图；

图3是根据一个实施例的用于集成LED照明系统的电子板的俯视图；

图4A是一个实施例中的具有LED阵列的电子板的俯视图，该LED阵列在LED设备附着区域处附着到基板；

图4B是具有安装在电路板的两个表面上的电子部件的两沟道集成LED照明系统的一个实施例的图；以及

图5是示例应用系统的图。

具体实施方式

下文将参考附图更充分地描述不同光照亮系统和/或发光二极管实施方式的示例。这些示例不相互排斥，并且在一个示例中发现的特征可以与在一个或多个其它示例中发现的特征相组合，以实现附加的实施方式。因此，将理解，附图中所示出的示例仅是出于说明的目的而提供的，并且它们不意图以任何方式限制本公开。贯穿全文，相同的数字指代相同的元件。

将理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语可以用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且第二元件可以被称为第一元件。如本文中所使用的，术语“和/或”可以包括关联列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。

将理解，当诸如层、区域或基板之类的元件被称为在另一元件“上”或延伸“到”另一元件“上”时，它可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反地，当元件被称为“直接在”另一个元件“上”或“直接”延伸“到”另一元件“上”时，可能不存在中间元件。还将理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件和/或经由一个或多个中间元件连接或耦合到另一元件。相反地，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，在该元件和另一元件之间不存在中间元件。将理解，除了附图中所描绘的任何取向之外，这些术语还意图包含元件的不同取向。

如附图中所图示的，诸如“下面”、“上面”、“上部”、“下部”、“水平”或“垂直”之类的相对术语在本文中可以用于描述一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系。将理解，除了附图中所描绘的取向之外，这些术语还意图包含设备的不同取向。

半导体发光设备或光学功率发射设备，诸如发射紫外（UV）或红外（IR）光学功率的设备，属于当前可用的最高效的光源。这些设备可以包括发光二极管、谐振腔发光二极管、垂直腔激光二极管、边缘发射激光器等（下文中称为“LED”）。例如，由于其紧凑的尺寸和较低的功率要求，LED可能是许多不同应用的有吸引力的候选。例如，它们可以用作手持电池供电设备（诸如相机和蜂窝电话）的光源（例如，闪光灯和相机闪光灯）。例如，它们也可以用于汽车照明、平视显示器（HUD）照明、园艺照明、街道照明、视频的火炬、一般照亮（例如，家庭、商店、办公室和工作室照明、剧院/舞台照明和建筑照明)、增强现实（AR）照明、虚拟现实（VR）照明、如显示器的背光以及IR光谱。单个LED可以提供没有白炽光源亮的光，并且因此，多结设备或LED阵列（诸如单片LED阵列、微型LED阵列等）可以用于期望或需要更多亮度的应用。

本公开一般涉及微型发光二极管（uLED）显示器和用于自由空间可见光通信的具有大带宽的多波长光发射器的制造。外延隧道结可以用于在单个LED设备内组合多个发射波长。

如果发射不同波长的两个或更多个有源区域可以集成在单个晶片内，则可以简化制造uLED。这样的方法在AlInGaN材料系统内可以是可能的，因为已经证明蓝色、绿色和红色LED全部可以在该系统中制作。然而，在uLED显示器中使用多颜色芯片不仅需要堆叠能够在单个外延生长运行内以不同波长发射的多个层，还需要改变不同波长的发射器之间相应发射强度比的能力。

制作多颜色uLED芯片的一种可能方式可以在单个有源区域内（即在一个p-n结的p层和n层之间）形成能够发射红色、绿色和蓝色光的多量子阱（MQW）。通过多量子阱的优化生长次序，LED具有可以取决于驱动电流而改变的一种主要颜色，例如，它在低电流下可能呈现主要为红色、在中间电流下主要为绿色以及在高电流下主要为蓝色。然而，该类型的颜色控制机制使得难以彼此独立地调整LED的表面辐射和主波长，并且结果颜色纯度可能很差。

作为替代方案，可以通过在相同外延晶片内生长若干p-n结的LED来在相同设备占用区域中形成两个或更多个不同波长的像素。可以执行多级台面蚀刻过程，以制作到p-n结中的每一个的独立电接触部。不同波长的一个或多个发射器层可以嵌入具有单独电流路径的单独p-n结中，所以可以独立控制波长和辐射。不幸的是，给定当前后外延设备处理限制的话，可能难以制造这样的多波长uLED。通常可能需要干法蚀刻来打开用于接触掩埋层的过孔。干法蚀刻过程向晶体引入原子级损害，这使其导电类型从p型改变为n型。由于该导电类型转换，可能不可以获得与已经通过干法蚀刻暴露的掩埋p型氮化物表面的低电阻的欧姆接触。实际上，创建与蚀刻的p-GaN表面的非欧姆接触可能导致一些有源区域的一伏或更多的正向电压损失。关于微型显示器的功耗要求，这样的大正向电压可能不被认为是实际的。

根据本发明的其它实施例，适合用于晶片规模uLED的多量子阱LED可以包括第一LED，所述第一LED包括能够发射第一波长的光的一组量子阱。还可以形成包括一组量子阱的第二LED，其中第二LED能够发射不同于由第一LED发射的波长的第二波长的光。可以形成隧道结层来分离第一和第二LED。可以使LED中的量子阱从延伸到第一和第二LED中的每一个的独立电接触部发射光注入电流。在一些实施例中，三个或更多个LED可以被限定为允许RGB uLED。

在另一实施例中，制造多量子阱LED的方法包括在基板上形成包括一组量子阱的第一LED。隧道结层可以形成在第一LED上，并且第二LED可以形成在隧道结层上。具有侧壁的至少一个沟道可以被蚀刻通过第一LED，以在多量子阱LED中限定至少两个光发射区域。可以应用金属接触部来向第一和第二组量子阱中的每一个提供独立的电接触部。p-GaN层可以至少部分地在退火之后被激活，以促进氢扩散通过蚀刻沟道的侧壁。在一些实施例中，具有侧壁的沟道可以被蚀刻通过到基板，而在其它实施例中，蚀刻仅进行到位于基板上的n-GaN层。

图1A图示了形成在可以用于形成LED的基板上的多个LED。LED可以具有多量子阱、将LED分离成不同像素的多个限定沟道和/或用于视觉光通信（VLC）的离散波长发射器位点。uLED设备可以包括台面结构和独立的电接触部。

在以下描述中，将理解，术语光发射、颜色、红色/绿色/蓝色和RGB可以包括大多由指定波长组成、以指定波长为中心或主要具有指定波长的任何光。在一些实施例中，光发射也可以包括不可见光，其包括近IR和UV光。在其它实施例中，多量子阱可以支持紧密匹配但是仍然不同的发射波长（例如，具有相应的430nm和460nm峰值波长的独立调制的双蓝色发射器）。

现在参考图1A，多量子阱LED可以包括基板106，所述基板106可以由图案化或未图案化的蓝宝石形成。在一些实施例中，基板106可以被抛光并且用于形成显示器的至少一部分。基板106可以支撑发光LED，所述发光LED可以包括夹着一组或多组量子阱的多个p层和n层，其中量子阱中的至少一些形成能够光发射的有源区域。例如，基板106可以支撑位于n-GaN层和p-GaN层之间的第一组量子阱，以形成能够发射第一波长（例如，蓝色）的光的第一LED 101。第二组量子阱可以位于n-GaN层和p-GaN层之间，以形成能够发射不同于第一波长的第二波长（例如，绿色）的光的第二LED 103，其中第一隧道结102将第一LED 101和第二LED 103分离开。第二隧道结层104可以形成在第二LED 103上，并且第三组量子阱可以位于n-GaN层和p-GaN层之间，以形成能够发射不同于第一和第二波长的第三波长（例如，红色）的光的第三LED 105。如下面所描述的，独立的电接触部可以形成为接触对，以提供足够的电压和电流来诱导来自适合的印刷电路板的第一LED 101、第二LED 103和第三LED 105中的每一个的光发射。在一些实施例中，第一LED 101、第二LED 103和第三LED 105中的每一个可以被独立地电压偏置。

有利的是，与由常规单波长uLED制作的uLED显示器相比，产生用于uLED显示器的源管芯所需要的外延生长运行的数量可以降低到现有方法所需要的数量或运行的三分之一（或者如果仅堆叠两个波长则二分之一)，从而降低成本并且提高epi制造阶段的吞吐量。此外，填充显示器所需要的挑选和放置操作的数量可以减半或降到三分之一，因为在每个挑选和放置操作中可以可转移两个或三个像素。

为了甚至更高效的制造，在允许所有所需要的波长在一个epi晶片上高效生长的晶片规模实施例中，可能不需要挑选和放置。显示器uLED可以保留在可以形成uLED显示器的封装的一部分的连续抛光的蓝宝石支撑物/基板上。

作为另一优点，因为所有与掩埋层的接触可以在n-GaN表面进行，所以所公开的结构和方法避免了和与蚀刻的p-GaN表面进行欧姆电接触相关联的问题，使得较低的操作电压和较高的转换效率（wall-plug efficiency）成为可能。制作所有必要的电接触部的蚀刻步骤的数量也可以降低，并且对蚀刻速率的控制的限制可以放宽，因为隧道结发明中的所有蚀刻的接触部可以制作成厚的n-GaN层（相对于一般较薄的p-GaN层），甚至同时保持高的LED效率。

如图1A中所看到的，可以在基板106上形成能够各种波长的光发射的量子阱的多个LED。基板106可以能够支撑外延III族氮化物膜生长。基板106可以由例如蓝宝石、图案化蓝宝石或碳化硅组成。第一LED 101可以形成在基板106上。第一LED可以由任何III-V族半导体组成，所述III-V族半导体包括镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金，也称为III族氮化物材料。在示例中，第一LED 101可以由GaN组成。第一LED 101可以使用常规沉积技术形成，所述沉积技术诸如金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或其它外延技术。在外延沉积工艺中，可以控制由一个或多个源气体提供的化学反应物，并且可以设置系统参数，使得沉积原子以足够的能量到达沉积表面，以在表面上四处移动，并且将它们自身定向到沉积表面的原子的晶体布置。因此，第一LED 101可以使用常规外延技术在基板106上生长。

第一LED 101可以由任何适用的材料形成，以当被激发时发射光子。更特别地，第一LED 101可以由III-V族半导体（包括但不限于AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb）、II-VI族半导体（包括但不限于ZnS、ZnSe、CdSe、CdTe）、IV族半导体（包括但不限于Ge、Si、SiC及其混合物或合金）形成。

第一LED 101可以包括第一半导体层107、第一半导体层107上的有源区域108以及有源区域108上的第二半导体层109。第一半导体层107可以是n型层和包括不同的组分和掺杂剂浓度的一个或多个半导体材料层（包括例如制备层，诸如缓冲层或成核层），和/或设计成促进移除生长基板的层。这些层可以是n型的或者不是有意掺杂的，或者甚至可以是p型设备层。这些层可以针对发光区域所期望的特定光学、材料或电属性而设计，以高效地发射光。有源区域108可以在第一半导体层107和第二半导体层109之间，并且可以接收电流，使得有源区域108发射光束。第二半导体层109可以是p型层，并且可以包括不同组分、厚度和掺杂剂浓度的多个层，所述多个层包括可能不是有意掺杂的层，或者n型层。可以使电流流过有源区域108中的p-n结（例如，经由接触部），并且有源区域108可以生成至少部分由材料的带隙能量所确定的第一波长的光。第一LED 101可以包括一个多个量子阱。

第一隧道结102可以形成在第一LED 101上。第一隧道结102可以是阻挡层，诸如薄绝缘层或电势。第一隧道结可以在两个导电材料之间。电子（或准粒子）可以通过量子隧穿的过程穿过第一隧道结102。第一隧道结102可以使用常规沉积技术来形成，所述常规沉积技术诸如MOCVD)、MBE或其它外延技术。

第二LED 103可以形成在第一隧道结102上。第二LED 103可以类似于第一LED101，并且可以由类似的层组成。第二LED 103可以使用与上面参考第一LED 101所描述的技术类似的技术来形成。

第二隧道结104可以形成在第二LED 103上。第二隧道结104可以类似于第一隧道结，并且可以由类似的层组成。第二隧道结104可以使用与上面参考第一隧道结102所描述的技术类似的技术来形成。

第三LED 105可以形成在第二隧道结104上。第三LED 105可以类似于第一LED101，并且可以由类似的层组成。第三LED 105可以使用与上面参考第一LED 101所描述的技术类似的技术来形成。

每个LED的第一半导体层107、有源区域108和第三半导体层109可以由不同的材料组成，使得第一LED 101、第二LED 103和第三LED 105中的一个或多个发射不同波长的光。例如，第一LED 101、第二LED 103和第三LED 105可以发射不同的红色、绿色和蓝色光。在另一示例中，第一LED 101、第二LED 103和第三LED 105可以在特定颜色范围（例如，420-480nm）内发射不同波长（例如，分离近似10-30nm）的光。

虽然布置不同LED的任何次序可以是可能的，但是在一个实施例中，具有发射最短波长的有源区域的LED可以是序列中生长的第一个。该布置可以避免或最小化由较长波长的有源区域对蓝色发射的内部吸收。

外延生长条件可以类似于使用图案化或非图案化蓝宝石基板的常规蓝色LED生长运行所需要的条件。在完成共同形成能够发射蓝光的LED 101的n-GaN层、发射蓝光的多量子阱以及p-GaN层的顺序生长之后，可以改变生长条件以生长第一隧道结102。

在形成第一隧道结102之后，可以形成能够发射绿光的第二LED 103。第二LED 103也可以以类似于常规绿色LED的方式生长。可以进一步修改n接触层的厚度和/或生长条件。在完成第二LED 103的第二半导体层109之后，可以生长第二隧道结104。

第三LED 105可以是红色发光InGaN LED。第三LED 105的生长可以类似于常规红色LED的生长，但是可以进一步修改n接触层的厚度和/或生长条件。

如将理解的，可以使用第一隧道结102和第二隧道结104或LED有源区域的各种设计。第一隧道结102和第二隧道结104可以有助于横向电流传播，并且可以包括对第一半导体层107和第二半导体层109具有不同III族元素组分和/或不同掺杂浓度的任何层。第一隧道结102和第二隧道结104可以利用自然发生在不同III族元素组分的氮化物层之间的界面处的极化偶极子。第一隧道结102和第二隧道结104可以通过结合能够生成中间间隙状态的各种杂质形成低电阻p型限制的层来创建。

现在参考图1B，每个均具有多量子阱的第一LED 101、第二LED 103和第三LED 105以及第一隧道结102和第二隧道结104可以被蚀刻。蚀刻可以包括常规的光刻和干法蚀刻过程，以限定一个或多个沟道。第一沟道111可以限定第一像素113和第二像素114。第二沟道112可以限定第二像素114和第三像素115。

可以使用常规的干法蚀刻过程，但是可能需要掩模和蚀刻深度的各种组合。常规的光致抗蚀剂曝光、显影、剥离和清洁步骤在本领域中是可以理解的，并且已经从附图省略。常规光致抗蚀剂的层116可以形成在第一像素113、第二像素114和第三像素115上。

第一沟道111和第二沟道112可以通过在蚀刻期间使LED的部分未被掩模而形成。对于这些位置可能期望向下深蚀刻到基板106。由于蓝宝石相对于LED的外延层的非常慢的蚀刻速率，第一蚀刻过程可以有效地停止在蓝宝石上。

第一LED 101中的第一半导体层107的表面可以在蚀刻过程期间留下，以用作第一像素的n接触部110。

现在参考图1C，第一LED 101、第一隧道结102、第二LED 103、第二隧道结104以及第三LED 105的不同部分可以在第二蚀刻过程中被移除，以进一步限定不同的像素。

第一沟道111和第二沟道112中的每一个均可以延伸以暴露基板106。第一像素113可以被蚀刻以暴露第二LED 103中的第一半导体层107的上表面117。表面117可以用作第一像素113的p型接触部。第二像素114也可以被蚀刻以暴露第二LED 103中的第一半导体层107的上表面117。表面118可以用作第二像素114的n型接触部。

现在参考图1D，可以施行第三蚀刻步骤以进一步限定像素。第二像素114可以被蚀刻以暴露第三LED 105中的第一半导体层107的上表面119。表面119可以用作第二像素114的p型接触部。

第三像素115可以被蚀刻以暴露第三LED 105中的第一半导体层107的上表面120。表面120可以用作第三像素115的n型接触部。第三LED 105中的未蚀刻的第二半导体层109可以用作第三像素115的n接触部120。实际上，对第一像素113和第二像素114的p接触部的蚀刻可以移除这些像素的光吸收层（例如，绿色和红色LED可以吸收从蓝色LED发射的光)。

应当注意，第一像素113、第二像素114和第三像素115可以以任何组合和任何配置形成。例如，第一像素113、第二像素114和第三像素115中的多于一个可以彼此毗邻。此外，第一像素113、第二像素114和第三像素115可以被布置成使得第一像素113与第三像素115毗邻。此外，可以形成包括一种类型的像素、两种类型的像素或所有三种类型的像素的设备。此外，上面所描述的LED和隧道结的数量不意味着是限制性的。

在示例中，可以通过促进氢通过蚀刻沟道的侧壁的横向扩散来完成p-GaN激活，在光致抗蚀剂剥离和清洁之后（即在完成图1D中所示出的第三干法蚀刻之后），可以进行退火。此时而不是过程中的较早时候退火可能是有利的，因为像素之间的限定沟道可以为氢从p-GaN层的横向扩散和逸出提供高效的路径。促进氢扩散的激活退火过程条件可以类似于或不同于常规LED的条件，并且本文不要求特殊的退火条件。替代地，具有最少氢的外延过程（例如，MBE或RPCVD）可以用于生长隧道结，并且将不需要通过横向扩散来移除氢的退火。

在p-GaN激活退火之后，可能需要各种添加的处理步骤以限定与像素的电连接。

如在图1E中所看到的，共形电介质层122可以形成在第一像素113、第二像素114和第三像素115上。共形电介质层122可以使用常规沉积工艺来形成，所述常规沉积工艺诸如等离子体增强化学气相沉积。共形电介质层122可以由诸如二氧化硅之类的电介质材料组成。可以形成共形电介质层122。电绝缘共形电介质层122可以钝化台面侧壁，并且将在后续工艺步骤中沉积的金属接触垫彼此隔离。

现在参考图1F，可以在共形电介质层122中形成开口。如上面参考图1D所示出的，共形电介质层122的部分可以用抗蚀剂116掩模，并且部分可以保留暴露。可以使用诸如干法动作之类的常规的蚀刻工艺来移除暴露的部分。第一开口123可以形成在第一像素113上，以暴露第一LED 101的第一半导体层107。第二开口124可以形成在第一像素113上，以暴露第二LED 103的第一半导体层107。第三开口125可以形成在第二像素114上，以暴露第二LED 103的第一半导体层107。第四开口126可以形成在第二像素114上，以暴露第三LED 105的第一半导体层107。第五开口127可以形成在第三像素115上，以暴露第三LED 105的第一半导体层107。第六开口128可以形成在第三像素115上，以暴露第三LED 105的第二半导体层109。

现在参考图1G，金属（例如铝/金双层）可以被蒸发以用于金属化，并且通过提离被图案化以形成第一接触部129a、第二接触部129b、第三接触部129c、第四接触部129c和第五接触部129d中的一个或多个。如图1G中所示出的，提离掩模开口可以与电介质中的开口重合。第一接触部129a可以形成在第一开口123中，并且可以在第一LED 101的第一半导体层107上。第一接触部129a可以是用于第一像素113的n型接触部。第二接触部129b可以形成在第二开口124中，并且可以在第一像素113中的第二LED 103的第一半导体层107上。第二接触部129b可以是用于第一像素113的p型接触部。

第三接触部129c可以形成在第三开口125中，并且可以在第二像素114中的第二LED 103的第一半导体层107上。第三接触部129c可以是用于第二像素114的n型接触部。第四接触部129d可以形成在第四开口126中，并且可以在第二像素114中的第三LED 105的第一半导体层107上。第四接触部129d可以是用于第二像素114的p型接触部。

第五接触部129d可以形成在第五开口127中，并且可以在第三像素115中的第三LED 105的第一半导体层107上。第五接触部129d可以是用于第三像素115的n型接触部。

如图1H中所示出的，可以使用金属化工艺在第三像素115上的第六开口128中形成第六接触部130。第六接触部130可以由银组成，并且可以类似地被蒸发和图案化到第三LED105的第二半导体层109上，以形成如图1H中所示出的LED阵列121。

如关于图1I所看到的，在晶片单体化之后，LED阵列121可以附着到LED设备附着区域318，如下面进一步详细描述的。在示例中，LED设备附着区域318可以是互补金属氧化物半导体（CMOS）集成电路（IC）阵列，其具有对应于形成在LED阵列121上的接触部的金属互连接合。LED设备附着区域318的第一表面可以具有对应于像素上的接触部的一个或多个互连凸块。互连凸块可以具有不同的高度，其被限定为匹配第一像素113、第二像素114和第三像素115，从而允许使用大体上相同尺寸的互连接合结构。在其它变型中，LED设备附着区域318的第一表面可以大体上平坦，并且可以使用不同高度的***物或连接柱。如下面结合图4B所描述的驱动器电路可以耦合到LED设备附着区域318，以允许第一像素113、第二像素114和第三像素115的每个接触对被独立地偏置在期望的电压。例如，驱动器电路可以包括驱动器，该驱动器被配置为向耦合到第一对接触部（129a和129b）的第一对电极152、耦合到第二对接触部（129c和129d）的第二对电极154以及耦合到第三对接触部（129e和130）的第三对电极156提供第一驱动电流。

例如，LED设备附着区域318可以被配置为仅向第一像素113的第一接触部129a和第二接触部129b（统称为第一对接触部）提供电压，仅向第二像素114的第三接触部129c和第四接触部129d（统称为第二对接触部）提供电压，并且仅向第三像素115的第五接触部129e和第六接触部130（统称为第三对接触部）提供电压。LED设备附着区域318可以被配置为以上面所描述的任何组合提供电压。LED设备附着区域318可以耦合到下面参考图3所描述的LED设备附着区域318。

第一波长的光可以通过基板106从第一像素113发射，第二波长的光可以通过基板106从第二像素114发射，以及第三波长的光可以通过基板106从第三像素发射。

现在参考图1J，示出了LED阵列138的另一示例。可以使用与上面所描述的相同或类似的外延生长工艺和晶片处理步骤来形成LED阵列138，但是使用不同的掩模设置来蚀刻不同的层。用于该实施例的掩模可以被修改以防止将沟道向下蚀刻到基板106。

沟道136、137和139可以针对所有蚀刻步骤被掩模，但是针对上面所描述的金属沉积步骤可以不被掩模。这可能导致LED阵列138具有第一公共电极132和第二公共电极133，第一公共电极132可以用于第一像素113的p接触部和第二像素114的n接触部，并且第二公共电极133可以用于第二像素114的p接触部和第三像素115的n接触部。通过相对于接地电极134向驱动电极132、133或135施加适当的偏置，从各个有源区域或其任何组合（包括所有三个）中的任一个生成电致发光可以是可能的。例如，驱动电压可以是导致第一像素113、第二像素114和第三像素115一起的照亮的3/6/9V的组合。3/3/6V的组合可以导致第三像素115和第一像素113的照亮，而没有使任何电流穿过第二像素114。

当第一LED 101、第二LED 103和第三LED 105可以同时发射光时，虽然潜在地需要更高的电压，但是由于LED阵列138的总占用区域的降低，所以LED阵列138可以支持更高的像素分辨率（即，单个uLED可以产生之前需要3个uLED产生的所有波长)。较小的占用区域可能是较小的所需要的电接触面积的结果，以及缺乏单独波长的像素之间的隔离间隙。印刷电路板的复杂性也可以降低。

为了支持使用无线通信传输的数据流量的不断增加的量，开发Gbit/秒类通信系统是必要的。然而，当前存在不足够的可用无线电频谱来开发具有Gbit/秒范围内的速度的无线电频率无线系统。无线电频率无线的一个替代方案是提供可见光通信（VLC），其使用频谱的可见区域中的波长。VLC是数据通信变型，其使用140和800 THz（780–375nm）之间的可见光。VLC是光学无线通信技术的子集。VLC可以使用荧光灯（例如，普通灯，而不是特殊的通信设备）以10 kbit/s传输信号，或者可以使用在短距离内高达112 Mbit/s的LED。系统可以能够在1-2公里（0.6-1.2英里）的距离内以全以太网速度（10 Mbit/s）传输。

一般包含光电二极管的特殊设计的电子设备可以接收来自光源的信号，尽管在一些情况下，常规的蜂窝电话相机或数字相机可能是足够的。在这些设备中所使用的图像传感器可以是光电二极管（即，像素）的阵列，并且在一些应用中，使用LED阵列可能优于单个光电二极管。这样的传感器可以提供多沟道（例如，1像素= 1沟道）或者多个光源的空间感知。

VLC可以在THz/秒的数量级上潜在地提供未许可带宽，支持高度的空间重复使用，并且由于拦截的固有困难而允许更高的安全性。另外，VLC可以使用针对照亮设计的现有基础设施，这可以使得具有相对小的资本投资的附加无线传输容量成为可能。

除其它因素之外，由于磷光体的慢时间响应，可能具有常规磷光体转换的白色LED的数据传输速率可能一般被限制在低于100MBps。另一方面，混合从两个或更多个独立调制的LED源发射的波长的白色光源具有增加的带宽，并且能够高达5 GBps的数据传输速率。

由三个单独的蓝色、绿色和红色LED芯片组成的白色光源可以满足照亮和高带宽VLC应用二者的要求。替代地，具有峰值波长（WL）相差20nm或更大的多个蓝色芯片（每个芯片具有磷光体以形成白色光）可以被放入到单个封装中，以增加每个检测器上所使用的滤波器的带宽，以防止不同蓝色源之间的串扰。不幸的是，对于这两个替代方案来说，组装多个单独芯片所需要的大量空间防止了紧凑、高定向的VLC系统的设计。

上面所描述的设备可以支持VLC应用。第一接触部129a、第二接触部129b、第三接触部129c、第四接触部129c、第五接触部129d以及第六接触部130可以被独立可驱动，以限定来自第一像素113、第二像素114和第三像素115中的每一个的光发射，以支持VLC协议。

现在参考图1K，图示了图示组合显示器和VLC系统140的图。具有显示器141、VLC发射器142和VLC接收器143（以未按比例放大的底稿示出）的智能电话402可以用于与其它设备交互，所述其它设备诸如支持VLC协议（诸如Li-Fi）的天花板安装的LED灯144或另一智能电话145。

VLC发射器142也可以能够充当显示器，但是显示器和VLC功能可以是分离的。VLC发射器142可以包括上面所描述的LED阵列121和LED阵列138。

VLC接收器143可以包括雪崩光电二极管，或者当需要更灵敏的操作时，可以包括单光子雪崩二极管（SPAD）。智能电话402可以包括用于将需要传输的数据转换成所选择的VLC发射器的适合的驱动调制的电路。智能电话402还可以包括用于将从VLC接收器所接收的光调制转换成可用数据的电路。VLC接收器143可以是下面参考图3所描述的传感器模块314。

现在参考图1L，示出了图示VLC接收器143的图。VLC接收器143可以包括放大电路149以及滤光器和聚光器146。由于照亮大面积，LED中可能发生光束发散，从而导致衰减。聚光器146可以用于补偿该类型的衰减。此外，VLC可能容易受到来自诸如阳光和其它照亮之类的其它源的干扰。因此，滤光器146可以用于减轻所接收的信号中存在的DC噪声分量。

在VLC接收器143中，可以使用光电二极管147检测光，并且可以将该光转换为光电流。光电二极管可以包括硅光电二极管、PIN二极管和雪崩光电二极管中的一个或多个。光电二极管451可以包括第一像素113、第二像素114和第三像素115中的一个或多个。光电流可以由时钟和数据恢复（CDR）单元148接收。CDR单元148可以向VLC系统140中的一个或多个电路提供输出。

光可以穿过滤光器和聚光器146，并且被光电二极管147检测到。放大电路149可以放大信号并且将其提供给CDR单元148，所述CDR单元148可以解码和处理该信号。

可以对第一像素113、第二像素114和第三像素115进行独立的电连接，以允许使用IEEE 802.15.7或其它适合的无线协议进行高速光强度调制和数据传送。因为可以支持多个波长，所以可以使用基于光学正交频分复用（OOFDM）调制的改进协议。VLC信号可以被引导到具有发射不同波长的光的堆叠有源区域的LED阵列。每个像素可以发射不同的波长，或者替代地，每个像素可以发射多于一个的波长。

使用诸如LED阵列121和LED阵列138之类的多波长系统可以递送具有高达大约5Gbps的数据传送速率的连接，与仅能够递送高达大约100Mbps的磷光体涂覆的白色LED相比是有利的。

在IEEE 802.15.7中概述的彩色移位键控（CSK）是针对VLC的基于强度调制的调制方案。CSK是基于强度的，因为调制信号呈现等于三个RGB LED瞬时强度的物理总和的瞬时颜色。该调制信号瞬时跳跃，从符号到符号，跨不同的可见颜色。因此，CSK可以被解释为一种形式的频率移位。然而，由于人类视觉中有限的时间敏感性，传输颜色的这种瞬时变化可能不是人类可察觉的。临界闪烁融合阈值（CFF）和临界颜色融合阈值（CCF）可能限制人类分辨短于0.01秒的时间变化。来自LED阵列121和LED阵列138的传输可以被预设为对于特定时间常数颜色是时间平均的（通过CFF和CCF）。人类可能只察觉到随着时间的推移似乎是恒定的预设颜色，但是不能察觉到在时间上快速变化的瞬时颜色。换句话说，CSK传输可以保持恒定的时间平均光通量，甚至当其符号序列在色度上快速变化时。

现在参考图1M，示出了图示使用LED阵列的方法的流程图。在步骤180中，可以向LED阵列的第一像素提供第一电压。在步骤182中，可以向LED阵列的第二像素提供第二电压。第一像素和第二像素可以由延伸到基板的第一沟槽分离。在步骤184中，可以向LED阵列的第三像素提供第三电压。第二像素和第三像素可以由延伸到基板的第二沟槽分离。

现在参考图1N，示出了图示形成设备的方法的流程图。在步骤190中，可以在基板上形成一个或多个LED以及一个或多个隧道结。在步骤192中，可以穿过一个或多个隧道结以及一个或多个LED来形成第一沟槽，以限定第一像素和第二像素。第一沟槽可以延伸到基板。在可选步骤194中，可以穿过一个或多个隧道结以及一个或多个LED来形成第二沟槽，以限定第二像素和第三像素。

图2A是示例实施例中的LED设备200的图。LED设备200可以包括基板202、有源层204、波长转换层206以及初级光学器件208。在其它实施例中，LED设备可以不包括波长转换器层和/或初级光学器件。

如图2A中所示出的，有源层204可以毗邻基板202，并且当被激发时发射光。用于形成基板202和有源层204的适合材料包括蓝宝石、SiC、GaN、硅树脂，并且更特别地可以由III-V族半导体（包括但不限于AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb）、II-VI族半导体（包括但不限于ZnS、ZnSe、CdSe、CdTe）、IV族半导体（包括但不限于Ge、Si、SiC及其混合物或合金）组成。

波长转换层206可以远离、接近或直接在有源层204上方。有源层204将光发射到波长转换层206中。波长转换层206用于进一步修改由有源层204发射的光的波长。包括波长转换层的LED设备通常被称为磷光体转换LED（“PCLED”）。波长转换层206可以包括任何发光材料，诸如例如透明或半透明粘合剂或基质中的磷光体颗粒，或陶瓷磷光体元件，其吸收一种波长的光并且发射不同波长的光。

初级光学器件208可以在LED设备200的一层或多层之上或上方，并且允许光从有源层204和/或波长转换层206穿过初级光学器件208。初级光学器件208可以是透镜或封装，其被配置为保护一个或多个层，并且至少部分地成形LED设备200的输出。初级光学器件208可以包括透明和/或半透明材料。在示例实施例中，经由初级光学器件的光可以基于朗伯（Lambertian）分布图案发射。将理解，初级光学器件208的一个或多个属性可以被修改以产生不同于朗伯分布图案的光分布图案。

图2B示出了示例实施例中的照明系统220的截面图，所述照明系统220包括具有像素201A、201B和201C的LED阵列210以及次级光学器件212。LED阵列210包括像素201A、201B和201C，每个像素包括相应的波长转换层206B、有源层204B和基板202B。LED阵列210可以是使用晶片级处理技术制造的单片LED阵列、具有亚500微米尺寸的微型LED等。LED阵列210中的像素201A、201B和201C可以使用阵列分割或者替代地使用挑选和放置技术来形成。

在LED设备200B的一个或多个像素201A、201B和201C之间示出的空间203可以包括空气间隙，或者可以由可以是接触部（例如，n接触部）的材料（诸如金属材料）填充。

次级光学器件212可以包括透镜209和波导207中的一个或两个。将理解，尽管根据所示出的示例讨论了次级光学器件，但是在示例实施例中，次级光学器件212可以用于传播入射光（发散光学器件），或者将入射光聚集成准直光束（准直光学器件）。在示例实施例中，波导207可以是聚集器，并且可以具有任何适用的形状来聚光，所述形状诸如抛物线形状、圆锥形状、斜面形状等。波导207可以涂覆有用于反射或重定向入射光的电介质材料、金属化层等。在替代的实施例中，照明系统可以不包括以下中的一个或多个：波长转换层206B、初级光学器件208B、波导207以及透镜209。

透镜209可以由任何适用的透明材料形成，所述透明材料诸如但不限于SiC、氧化铝、金刚石等或其组合。透镜209可以用于修改输入到透镜209中的光束，使得来自透镜209的输出光束将高效地满足期望的光度规范。此外，透镜209可以服务于一个或多个美学目的，诸如通过确定LED阵列210的p 201A、201B和/或201C的亮和/或不亮的外观。

图3是根据一个实施例的集成LED照明系统的电子板310的俯视图。在替代的实施例中，两个或更多个电子板可以用于LED照明系统。例如，LED阵列可以在单独的电子板上，或者传感器模块可以在单独的电子板上。在所图示的示例中，电子板310包括功率模块312、传感器模块314、连接和控制模块316以及为将LED阵列附着到基板320而保留的LED附着区域318。

基板320可以是能够机械支撑并且使用导电连接器（诸如轨道、迹线、焊盘、过孔和/或导线）向电气部件、电子部件和/或电子模块提供电气耦合的任何板。功率模块312可以包括电气和/或电子元件。在示例实施例中，功率模块312包括AC/DC转换电路、DC/DC转换电路、调光电路以及LED驱动器电路。

传感器模块314可以包括其中要实现LED阵列的应用所需要的传感器。

连接和控制模块316可以包括系统微控制器和被配置为从外部设备接收控制输入的任何类型的有线或无线模块。

如本文中所使用的，术语模块可以指设置在单独的电路板上的电气和/或电子部件，所述电路板可以焊接到一个或多个电子板310。然而，术语模块也可以指提供类似功能的电气和/或电子部件，但是它们可以单独焊接到相同区域或不同区域中的一个或多个电路板。

图4A是在一个实施例中的具有LED阵列410的电子板310的俯视图，该LED阵列410在LED设备附着区域318处附着到基板320。电子板310与LED阵列410一起表示LED系统400A。此外，功率模块312接收Vin 497处的电压输入以及通过迹线418B接收来自连接和控制模块316的控制信号，并且通过迹线418A向LED阵列410提供驱动信号。LED阵列410经由来自功率模块312的驱动信号来接通和关闭。在图4A中所示出的实施例中，连接和控制模块316通过迹线418C接收来自传感器模块314的传感器信号。

图4B图示了具有安装在电路板499的两个表面上的电子部件的两沟道集成LED照明系统的一个实施例。如图4B中所示出的，LED照明系统400B包括第一表面445A，该第一表面445A具有接收调光器信号和AC功率信号的输入端以及安装在其上的AC/DC转换器电路412。LED系统400B包括第二表面445B，该第二表面445B具有调光器接口电路415、DC-DC转换器电路440A和440B、具有微控制器472的连接和控制模块416（在该示例中为无线模块）以及安装在其上的LED阵列410。LED阵列410由两个独立的沟道411A和411B驱动。在替代的实施例中，可以使用单个沟道来向LED阵列提供驱动信号，或者可以使用任何数量的多个沟道来向LED阵列提供驱动信号。

LED阵列410可以包括两组LED设备。在示例实施例中，组A的LED设备电耦合到第一沟道411A，并且组B的LED设备电耦合到第二沟道411B。两个DC-DC转换器440A和440B中的每一个可以分别经由单个沟道411A和411B提供相应的驱动电流，以用于驱动LED阵列410中相应组的LED A和B。LED组中的一个组中的LED可以被配置为发射具有与第二组LED中的LED不同色点的光。通过控制由单独的DC/DC转换器电路440A和440B分别经由单个沟道411A和411B施加的电流和/或占空比，可以在一范围内调节由LED阵列410发射的光的复合色点的控制。尽管图4B中所示出的实施例不包括传感器模块（如图3和图4A中所描述的)，但是替代的实施例可以包括传感器模块。

所图示的LED照明系统400B是集成系统，其中LED阵列410和用于操作LED阵列410的电路提供在单个电子板上。电路板499的相同表面上的模块之间的连接可以通过表面或子表面互连（诸如迹线431、432、433、434和435或金属化（未示出））而被电耦合，以用于在模块之间交换例如电压、电流和控制信号。电路板499的相对表面上的模块之间的连接可以通过贯穿板互连（诸如过孔和金属化（未示出））来电耦合。

根据实施例，可以提供LED系统，其中LED阵列在与驱动器和控制电路分离的电子板上。根据其它实施例，LED系统可以具有LED阵列连同与驱动器电路分离的电子板上的一些电子器件。例如，LED系统可以包括位于与LED阵列分离的电子板上的LED模块和功率转换模块。

根据实施例，LED系统可以包括多沟道LED驱动器电路。例如，LED模块可以包括嵌入式LED校准和设置数据，以及例如三组LED。本领域的普通技术人员将认识到，可以与一个或多个应用相一致地使用任何数量的LED组。每组内的单独LED可以串联或并联布置，并且可以提供具有不同色点的光。例如，暖白色光可以由第一组LED提供，冷白色光可以由第二组LED提供，以及中性白色光可以由第三组提供。

图5示出了示例系统550，其包括应用平台560、LED系统552和556以及次级光学器件554和558。LED系统552产生箭头561a和561b之间所示出的光束561。LED系统556可以产生箭头562a和562b之间的光束562。在图5中所示出的实施例中，从LED系统552发射的光穿过次级光学器件554，并且从LED系统556发射的光穿过次级光学器件558。在替代的实施例中，光束561和562不穿过任何次级光学器件。次级光学器件可以是或可以包括一个或多个光导。一个或多个光导可以被边缘照亮，或者可以具有限定光导的内部边缘的内部开口。LED系统552和/或556可以***一个或多个光导的内部开口中，使得它们将光注入到一个或多个光导的内部边缘（内部开口光导）或外部边缘（边缘照亮光导）中。LED系统552和/或556中的LED可以围绕作为光导的一部分的基座的圆周布置。根据实施方式，基座可以是导热的。根据实施方式，基座可以耦合到设置在光导上方的散热元件。散热元件可以被布置为经由导热基底接收由LED生成的热并且消散所接收的热。一个或多个光导可以允许由LED系统552和556发射的光以期望的方式成形，诸如例如具有梯度、倒角分布、窄分布、宽分布、角分布等。

在示例实施例中，系统550可以是相机闪光灯系统的移动电话、室内住宅或商业照明、诸如街道照明之类的室外灯、汽车、医疗设备、AR/VR设备以及机器人设备。图3中所示出的集成LED照明系统、图4A中所示出的LED系统400A图示了示例实施例中的LED系统552和556。

在示例实施例中，系统550可以是相机闪光系统的移动电话、室内住宅或商业照明、诸如街道照明之类的室外灯、汽车、医疗设备、AR/VR设备以及机器人设备。图4A中所示出的LED系统400A和图4B中所示出的LED系统400B图示了示例实施例中的LED系统552和556。

如本文中所讨论的，应用平台560可以经由功率总线经由线路565或其它适用的输入端向LED系统552和/或556提供功率。另外，应用平台560可以经由线路565为LED系统552和LED系统556的操作提供输入信号，所述输入可以基于用户输入/偏好、感测的读数、预编程或自主确定的输出等。一个或多个传感器可以在应用平台560的壳体的内部或外部。

在各种实施例中，应用平台560传感器和/或LED系统552和/或556传感器可以收集数据，诸如视觉数据（例如，LIDAR数据、IR数据、经由相机收集的数据等）、音频数据、基于距离的数据、移动数据、环境数据等或其组合。该数据可以与物理项目或实体（诸如物体、个人、车辆等）相关。例如，感测装备可以为基于ADAS/AV的应用收集物体接近度数据，这可以基于对物理项目或实体的检测来使检测和后续动作处于优先级。数据可以基于例如由LED系统552和/或556发射光学信号（诸如IR信号）并且基于所发射的光学信号来收集数据而被收集。数据可以由与发射用于数据收集的光学信号的部件不同的部件来收集。继续该示例，感测装备可以位于汽车上，并且可以使用垂直腔表面发射激光器（VCSEL）来发射光束。一个或多个传感器可以感测对发射光束或任何其它适用输入的响应。

在示例实施例中，应用平台560可以表示汽车，并且LED系统552和LED系统556可以表示汽车前灯。在各种实施例中，系统550可以表示具有可操纵光束的汽车，其中可以选择性地激活LED以提供可操纵光。例如，LED阵列可以用于限定或投射形状或图案，或者仅照亮道路的选择部分。在示例实施例中，LED系统552和/或556内的红外相机或检测器像素可以是识别需要照亮的场景（道路、人行横道等）的部分的传感器。

已经详细描述了实施例，本领域技术人员将理解，给定本说明书，在不脱离本发明概念的精神的情况下，可以对本文中所描述的实施例进行修改。因此，本发明的范围不意图受限于所图示和所描述的特定实施例。