CN102197596A

CN102197596A - 电像素化发光装置

Info

Publication number: CN102197596A
Application number: CN2009801432705A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·E·安德森; 尼科尔·J·瓦格纳; 托米·W·凯利; 安德鲁·J·乌德科克; 克雷格·R·沙尔特; 凯瑟琳·A·莱瑟达勒; 菲利普·E·沃森
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2029-09-03
Also published as: WO2010028146A2; CN102197596B; WO2010028146A3; EP2332185A2; TW201021254A; JP2012502482A; US20110156616A1; US8754425B2; KR20110053382A

Abstract

本发明公开了以下内容：电像素化发光装置；用于形成电像素化发光装置的方法；包括电像素化发光装置的系统；用于电像素化发光装置的方法。

Description

电像素化发光装置

技术领域

本发明涉及发光系统。具体地讲，本发明涉及电像素化发光装置。

发明内容

在一个方面，本发明提供电驱动像素化发光装置(EPLD)。EPLD可以包括：p层，其具有p层电极表面和p层界面表面；n层，其具有n层电极表面和n层界面表面；和连续光发射器区，其设置在n层界面表面和p层界面表面之间。EPLD还可以包括至少一个p层电极和至少一个n层电极。p层电极或n层电极中的至少一者包括多个可单独寻址的电极。

在另一方面，本发明提供的EPLD包括：外半导体层，其包括具有通用电极的光发射面；内半导体层，其包括具有多个可单独寻址的电极的非发射面。EPLD也包括设置在外半导体层和内半导体层之间的连续光发射区。

在另一方面，本发明提供用于产生像素化光的方法，该方法包括电寻址EPLD的多个可单独寻址的电极中的至少两个。EPLD包括：外半导体层，其包括具有通用电极的光发射面；内半导体层，其包括具有多个可单独寻址的电极的非发射面。EPLD也包括设置在外半导体层和内半导体层之间的连续光发射区。

在另一方面，本发明提供像素化光发射系统。像素化光发射系统可以包括：外半导体层，其包括具有通用电极的光发射面；内半导体层，其包括具有多个可单独寻址的电极的非发射面；和连续光发射区，其设置在外半导体层和内半导体层之间。像素化光发射系统还可以包括电路，该电路用于为可单独寻址电极中的每一个提供电流，其中当可单独寻址电极中的每一个被寻址时，像素化光发射系统发射空间上独特的光图案。

在另一方面，本发明提供包括像素化光发射系统和像素化空间光调制器的光学系统，像素化空间光调制器用于接收由像素化光发射系统发射的光。像素化光发射系统可以包括：外半导体层，其包括具有通用电极的光发射面；内半导体层，其包括具有多个可单独寻址电极的非发射面；和连续光发射区，其设置在外半导体层和内半导体层之间。像素化光发射系统还可以包括电路，该电路用于为可单独寻址电极中的每一个提供电流，其中当可单独寻址电极中的每一个被寻址时，像素化光发射系统发射空间上独特的光图案。

在另一方面，本发明提供成像装置，该成像装置包括：外半导体层，其包括具有通用电极的光发射面；内半导体层，其包括具有多个限定像素的可单独寻址电极的非发射面；和连续光发射区，其设置在外半导体层和内半导体层之间。成像装置还可以包括用于控制来自每一个像素的输出光的专用开关电路。

附图说明

结合附图并结合以下对多个实施例的详细说明，可以更全面地理解和领会本发明，附图中：

图1为像素化发光(PLD)装置的横截面图；

图2为PLD装置的横截面图；

图3为PLD装置的横截面图；

图4a-4h为在用于制造PLD装置的方法中处于多种阶段或步骤的装置的示意图；

图5a-5b为示例性电极几何形状的示意图；

图6a-6b为示例性电极几何形状的示意图；

图7a-7b为示例性电极几何形状的示意图；

图8a-8b为示例性电极几何形状的示意图；

图9a-9b为示例性电极几何形状的示意图；

图10为根据实例1的电流密度轮廓图；

图11为根据实例1的电流密度轮廓图沿模型边缘截取的电流密度图横截面；

图12为根据实例2的穿过像素中心截取的电流密度图横截面；

图13为根据实例3的穿过像素中心截取的电流密度图横截面；

图14为根据实例4的穿过像素中心截取的电流密度图横截面；

图15为根据实例5的穿过像素中心截取的电流密度图横截面；

图16为根据实例6的穿过像素中心截取的电流密度图横截面。

具体实施方式

像素化发光装置(PLD)，尤其是像素化电致发光装置，可以用于多种应用中，例如用于显示器中、作为光源、用于投影仪照明、用于传感器(如生物传感器)中、以及用于数字标牌。显示器应用包括(例如)用于光阀成像仪(如透射式LCD成像仪)的背部照明、以及用作背投电视直接投影的成像仪(如微型投影仪、便携式投影仪、背投电视、以及图标/指针投影)。对于投影仪照明应用，像素化发光装置(例如本文所述的那些)可以提供短混合距离。光源应用包括(例如)固态照明(如建筑照明)。

在一个方面，本文所述的电像素化发光装置(EPLD)不同于物理像素化的发光元件阵列之处在于，本文所述的EPLD中的光发射区为连续的。即，发光元件阵列通常需要元件之间的物理不连续性，尤其是光发射区的物理不连续性。相比之下，可单独寻址电极(与本文所述的EPLD中的连续光发射区结合)产生电(对比于物理)像素化的发光装置。

用于制备物理像素化阵列的工艺(例如，通过蚀刻穿过例如GaN之类的发光二极管材料)可能是昂贵且繁冗的并且需要大量的资本投资。另外，依赖于LED材料的结构完整性、蚀刻设备的能力、或这两者的物理像素化阵列存在空间分辨率的限制。LED的物理像素化阵列还可能由于其独立的热通道而不能有效传输激活时产生的热。相比之下，本文所述的EPLD可以允许成本较低、分辨率较高，以及提供较好的热传输能力。此外，物理像素化可能导致穿透位错的增长。如果假定方形像素尺寸为2μm，那么4×10⁸个缺陷/cm²的平均缺陷密度将指平均每个像素存在1个缺陷，并且一些像素在统计学上可能具有若干缺陷而其他像素不具有缺陷。具有过多穿过有源区域的缺陷的任何像素可能不会与其他像素一样有效地发射光，或可能甚至完全不发射光。为了实现所需的低含量缺陷像素，可能有利的是使用半导体材料，该半导体材料被加工成等于或小于该像素密度的低缺陷密度。

本文所述的EPLD基于发光二极管。本文仅将简述半导体二极管结和发光二极管的物理特性。更完整的说明参见(例如)E.F.Schubert的Light Emitting Diodes，2006(发光二极管，2006年)和S.M.Sze的Physics of Semiconductor Devices，1981(半导体装置的物理特性，1981年)。

半导体为其电导率介于金属和绝缘体的电导率之间的材料。半导体的电子特性源自介于价带和导带之间存在的带隙。为了使半导体载流，电子必须从价带移动至导带。在室温下的纯半导体中，导带内存在极少的电子。纯(本征)半导体通常为绝缘体。然而，加入少量(通常＜1原子％)的适当掺杂剂原子将会显著增加室温下的导电性。掺杂剂原子的存在提供了可运送半导体中的电流的自由载流子。根据半导体和掺杂剂类型，支配电荷载流子将为添加至导带的电子或产生于价带中的空穴(空穴为在其他满带中缺失电子)。提供电子的掺杂剂称为“施主”，而产生空穴的掺杂剂称为“受主”。“n型”半导体已掺杂有施主并且“p型”半导体已掺杂有受主。

当将p型和n型半导体设置为电接触时形成二极管。介于p型和n型半导体之间的接触界面称为二极管结。二极管具有下述特性，即其将允许电流以一个方向流过具有极小表观电阻的二极管结。当二极管以下述方式进行偏置(即连接至外部电压)时，该方式将电子提供至结的n型侧并且将电子从结的p型侧移除，则电流将流过二极管。此状态称为二极管在“正向偏置”下工作。当在负向偏置(“反向偏置”)下工作时，二极管具有高得多的电阻，并且仅有很少的漏电将流过结。

发光二极管为当其工作在正向偏置下发射光的二极管类型。当来自n型半导体的电子与来自p型半导体的空穴复合时，便进行发光。来自导带的电子填充价带中的空穴，并且电子作为光的光子(辐射复合)和/或热(无辐射复合)在导带和价带之间发射能量差。一般来讲，最可能在结点附近进行复合。一些半导体中的复合几乎不产生光，但在其他半导体中会发出可观数量的光。已用于制造发光二极管的半导体的实例包括：GaAs、AlGaAs、InGaAs、InGaAlP、GaN、AlGaN、InGaN、ZnSe、CdZnSe、ZnO、和SiC。

本文所述的EPLD的效率可以高于物理像素化装置。例如，已报道GaN中的少数空穴扩散长度为1μm左右。因此，2μm的像素将从表面复合经受显著的效率损耗，该表面复合为活性层中位于约表面的扩散长度内的载流子提供额外的非辐射复合通道。尽管存在用于降低物理像素化装置中的表面复合的方法(如提供钝化表面状态并且降低表面复合的可能性的表面层或表面处理)，但这些方法增加了制造的成本和复杂性。本发明的EPLD不是通过蚀刻穿过活性层来消除这种表面复合，因此未形成其上进行这种无效复合的表面。在本文所述的EPLD的一个实施例中，可以在未蚀刻活性层的情况下部分地或完全地蚀刻p型层。如本文所用，“部分地蚀刻”意指蚀刻穿过厚度的某些部分而未蚀刻穿过层的整个厚度。“完全地蚀刻”意指蚀刻穿过层的整个厚度。此p型层蚀刻增加了p型层在蚀刻区域中的薄层电阻并且还降低了电流散布。此方法可用于改善较厚或更高度掺杂质的p型层中的电流限制。蚀刻p型层在活性区域中不引入表面状态，因此其将不会引起完整的物理像素化引入的表面复合。p层电极接触金属可以用作完成部分地或完全地蚀刻p型层的制造步骤的自对齐掩模。

不希望受理论的约束，但据信除了此缺陷之外，表面复合也可以增加二极管理想值。参见(例如)Jin的Appl.Phys.Lett.78，22。电流散布长度与二极管理想值成比例。因此，物理像素化也可以增加给定装置的散布长度。与物理像素化装置相比，本文所述的EPLD可以降低此电流控制的损耗(并因此降低对比度的损耗)。

二极管通常可通过结层的特性进行分类。最简单的结型为同质结，该同质结在相同半导体材料中的n型和p型区域之间形成。半导体的组成(并且因此带隙)在整个同质结上为相同的，其中仅有掺杂剂类型和浓度变化。介于具有不同组成和不同掺杂剂类型以及浓度的两个半导体之间的结为异质结(例如，介于GaAs和AlGaAs之间的结)。双异质结(DH)(也称为双异质结构)二极管由两个相邻的异质结构成。双异质结构的实例为介于n型Al_0.15Ga_0.85N和p型Al_0.15Ga_0.85N之间、厚度为100nm的In_0.06Ga_0.94N层(即中间层)，其描述于Nakamura的J.Vac.Sci.Technol.A 13，705中。双异质结中的中间材料的带隙决定发射光的波长。

二极管结也可以包括介于形成所述结的介于p型和n型半导体之间的单量子阱(SQW)或多量子阱(MQW)。量子阱为夹在半导体的势垒层(其可以为相邻的或紧邻的[如直接接触])之间的薄层半导体(通常无掺杂的)，且量子阱的带隙小于相邻层的带隙。如本文所用，术语“相邻的”比术语“紧邻的”更广泛并且包括后者。注入到量子阱中的电子和空穴被限制并且更有可能进行辐射性复合。另外，量子阱的带隙能量取决于量子阱的厚度，并且也取决于半导体在阱中和阱的侧面上的组成。发射光的能量可通过在形成装置期间调节层厚以及通过选择量子阱层的组成来控制。单量子阱结构的实例为介于n型GaN和p型Al_0.2Ga_0.8N之间的3nm厚的In_0.45Ga_0.55N，其描述于Nakamura的Jpn.J.Appl.Phys.34，L1332中。多量子阱的实例为介于n型GaN和p型GaN层之间的十层2.5nm厚的In_0.2Ga_0.8N阱和7.5nm厚的In_0.05Ga_0.95N势垒，如在Chichibu的Appl.Phys.Lett.69，30中所述。

已降低电流固定偏差的结设计(例如Gardner的N.F.，Appl.Phys.Lett.91，243506中所述的类型)可用于增加EPLD的效率。

图1为电像素化发光装置(EPLD)的横截面图。在此实施例中，提供了发光二极管(LED)装置100，LED装置100具有设置在p掺杂层110和n掺杂层130之间的连续光发射区120。LED装置100的发射面包括n层电极150。p掺杂层110上设置有多个可单独寻址电极140。

当向可单独寻址电极140中的任何者提供电流时，在连续光发射区120中的光产生区160处产生光。在光产生区160处产生的光随后从发射面170发射。当然，光也可以通过包括多个可单独寻址电极的面发射和/或可以在LED层中进行波导。在这种情况下，通过例如将反射涂层或反射材料置于EPLD中包括多个可单独寻址电极的面上之类的方法，可以提高从EPLD提取光的效率。在此实施例中，n掺杂层位于靠近发射面，并因而可以称为外半导体层。设置在活性区中的远离发射面的侧面上的p掺杂层在此实施例中应当称为内半导体层。单独寻址可单独寻址电极140的能力允许对于不同的电压输入产生独特的空间光输出分布。这种通过电像素化进行的光输出的空间控制可以用于对发射光进行成像的应用中，例如在投影装置中。这种通过电像素化进行的光输出的空间控制也可以用于以一定角度引导光的应用中，例如当递送至将发射光位置转变成光输出方向的透镜或其他光学装置时。

为简便起见，图1将光产生区160示出为关于可单独寻址电极140的中心线对称的不重叠卵圆形。然而，在操作中，光产生区160的形状可以为任何形状，并且可以关于可单独寻址电极140的中心线对称或不对称。另外，邻近的光产生区160可以为空间重叠的。

连续光发射区120设置在p掺杂层110和n掺杂层130之间。当将电势在可单独寻址电极140和n层电极150之间施加时，空穴从可单独寻址电极流出、经过p掺杂层110并流入光发射区120中，并且电子从n层电极150流出、经过n掺杂层130并流入光发射区120中。在光发射区120中，电子和空穴可以复合并且产生可以位于可见光区、红外区、或紫外区中的光。

连续光发射区120可以为任何合适的结构，包括(例如)单量子阱、多量子阱、单质结、异质结、双异质结等等。该层可以由(例如)GaN和InGaN的交替子层构成。在(如)多量子阱中交替这两种材料产生了与特定发射波长相对应的带隙。它也可由(例如)外延生长的GaN或InGaN的单层构成。其他用于连续光发射区的合适材料可以包括(但不限于)硅(Si)、锗(Ge)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟(InN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化铟镓(InGaP)、砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷磷化铟镓(InGaAsP)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、和碲化汞镉(HgCdTe)。

在一些实施例中，可能有利的是为p型层、n型层、和连续光发射区选择大致晶格匹配的半导体。这可以(例如)通过将EPLD构建在整个同一半导体族上来实现。适当的半导体族包括IV族半导体、III-V族半导体、和II-VI族半导体。基于IV族、III-V族、或II-VI族半导体的所有二元合金、三元合金、或四元合金都是允许的。因此，尽管在本说明书全文中将特定的半导体材料描述为适用于n型半导体层、p型半导体层、和/或连续光发射区，但应当理解选定的特定材料并不限于具体列举的那些，并且相反，材料的选择应当由本说明书的全文引导，包括大致晶格匹配材料的选择。

在另一个实施例中，如图3所示以及下文更详细所述，连续光发射区可以对应于其中p掺杂层和n掺杂层彼此直接接触的异质结。尽管本文描述了单个异质结，但也可设想双异质结，例如其中二极管包括两个相邻异质结的结构。这种结构包括(例如)其中n型层和p型层包括相同或不同材料并且每一层均接触不同于n型层和p型层材料两者的中间层的那些结构。

在图1中，p掺杂层110接触可单独寻址电极140和连续光发射区120。通常，可单独寻址电极140将通过(例如)电子束蒸镀沉积到p掺杂层110上。p型层和/或n型层的接触所用的金属可以选自(例如)Au、Ag、TI、Au/Ti、Au/In、Au/Ni、和Cu。

对于本文所述的EPLD中的每一个，可以使用沉积之后的退火步骤来降低介于可单独寻址电极(如140)和p掺杂层(如110)之间的接触电阻。当p接触的接触电阻保持为尽可能地低时，可以降低像素的工作电压并因此提高系统的效率。高接触电阻可以导致欧姆加热，这可由于增加工作温度而浪费能量并且降低EPLD装置在二极管结处的效率。欧姆加热也可能由于增加穿透位错的生长速率而降低LED装置的使用寿命，尤其是不能有效驱散这种热的物理像素化LED装置。

另外，对于本文所述的EPLD中的每一个，具有小p接触(无论p型层如图1或图2所示)将有助于将电流限制到活性区域中位于p接触正上方的部分。一些电流散布将在本文所述的EPLD中进行，并且电流将流过活性区域的大于p接触的区域。因此，当p接触小于所需的像素尺寸时，通过使电流向相邻像素的散布最小化来改善对比度，这可部分地通过使用小p接触来实现。

也可以通过使p接触层具有反射性来增加光输出。也可以通过下述方式使p接触周围的绝缘区域为反射性的，即利用电介质叠堆镜或将薄绝缘体沉积在p接触周围并且随后将反射性金属(其可以与p接触金属相同)涂布到绝缘体(当然，注意不要使可单独寻址电极短路)上。

P掺杂层110可以为任何合适的LED材料，例如Mg掺杂的GaN。其他合适的材料包括p掺杂的硅(Si)、锗(Ge)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟(InN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化铟镓(InGaP)、砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷磷化铟镓(InGaAsP)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、和碲化汞镉(HgCdTe)。

在图1中，n掺杂层130接触连续光发射区120和n层电极150。通常，n层电极150将通过(例如)电子束蒸镀设置到n掺杂层130上。如上文所述，p型层和/或n型层的接触所用的金属可以选自(例如)Au、Ag、Ti、Au/Ti、Au/In、Au/Ni、和Cu。可以使用沉积之后的退火步骤来降低介于n层电极150和n掺杂层130之间的接触电阻。N掺杂层130可以为任何合适的LED材料，例如Si掺杂的GaN。其他合适的材料包括(但不限于)n掺杂的硅(Si)、锗(Ge)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟(InN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化铟镓(InGaP)、砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷磷化铟镓(InGaAsP)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、和碲化汞镉(HgCdTe)。

p掺杂层110的薄层电阻率对于ELPD中的电流散布具有巨大影响。薄层电阻率较高的p掺杂层与薄层电阻率较低的p掺杂层相比，散布较少。p掺杂层的薄层电阻R_s通过p掺杂材料的体电阻率ρ和p掺杂层的厚度t进行计算。

R_{s} = \frac{ρ}{t}

二极管理想因子也影响电流散布，然而，这是较难控制的参数，并且除其他因素之外，还将取决于半导体的类型和形成条件。

在(例如)GaN半导体中，大部分电流散布在p型层中进行。使此层较薄将会增加薄层电阻率并因此降低电流散布。在一些实施例中，有利的是避免使p型层的厚度小于p型层中的耗尽层的宽度。另外，p型层中的掺杂浓度低会增加电阻并且降低电流散布然而，掺杂浓度低也增加耗尽宽度，因此必须考虑p型层的厚度以及掺杂浓度。来自掺杂浓度低的电阻比耗尽宽度增加得更快。因此，掺杂浓度低的p型层将比高度掺杂质的p型层更具有电阻性，即使该低掺杂层需要较厚的层以便比耗尽层宽度更厚。

空腔效应可增加光输出，并且在高折射率结构内也可提供光的准直，该高折射率结构也可以降低光散布。当光发射区位于距p接触金属的特定距离处时，空腔效应被加强，因此，应当将p型层制备成恰当的厚度，以使此效应最大化。参见(例如)Y.C.Chen等人的Applied Physics Letterss，82，2221(2003)中的说明。可将p型层的厚度设定为所需值，以用于使空腔效应最大化，并且可调整p型层的掺杂含量，以获得所需薄层电阻率，以使电流散布最小化。在一些情况下，介于光发射区和p接触金属之间的距离为材料中的发射波长的介于约0.6倍和0.8倍之间或约1.2倍。

图2为第二EPLD装置的横截面图。在此实施例中，LED装置200具有连续光发射区220。光发射区220再次设置在p掺杂层210和n掺杂层230之间。与图1中不同，在此实施例中，n掺杂层230为内半导体层，p掺杂层210为外半导体层。如图2所示，n掺杂层230设置在光发射区220和可单独寻址电极240之间。P掺杂层210设置为靠近p层电极250，使得光产生区260中产生的光途中穿过p掺杂层210传播到p层电极250顶上的发射面270。此实施例示出n掺杂层或p掺杂层根据需要能够起到外半导体层的作用。

连续光发射区220设置在p掺杂层210和n掺杂层230之间。当将电势施加至介于可单独寻址电极240和p层电极250之间时，空穴从p层电极250流出、经过p掺杂层210、并流入光发射区220，并且电子从可单独存寻址电极240流出、经过n掺杂层230、并流入光发射区220中。在光发射区220中，电子和空穴可以复合并且产生可以位于可见光区、红外区、或紫外区中的光。

连续光发射区220可以为任何合适的结构，包括(例如)单量子阱、多量子阱、单质结、异质结、双异质结等等。该层可以由(例如)GaN和InGaN的交替子层构成。在(如)多量子阱中交替这两种材料产生了与特定发射波长相对应的带隙。它也可由(例如)外延生长的GaN或InGaN的单层构成。其他用于连续光发射区的合适材料可以包括(但不限于)硅(Si)、锗(Ge)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟(InN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化铟镓(InGaP)、砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷磷化铟镓(InGaAsP)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、和碲化汞镉(HgCdTe)。

在图2中，n掺杂层230接触可单独寻址电极240和连续光发射区220。通常，可单独寻址电极240将通过(例如)电子束蒸镀沉积到n掺杂层210上。

为简便起见，图2示出的光产生区260为关于可单独寻址电极240的中心线对称的不重叠卵圆形。然而，在操作中，光产生区260的形状可以为任何形状并且可以关于可单独寻址电极240的中心线对称或不对称。另外，邻近的光产生区260可以为空间重叠的。

N掺杂层230可以为任何合适的LED材料，例如Si掺杂的GaN。其他合适的材料包括硅(Si)、锗(Ge)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟(InN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化铟镓(InGaP)、砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷磷化铟镓(InGaAsP)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、和碲化汞镉(HgCdTe)。

在图2中，p掺杂层210接触连续光发射区220和p层电极250。通常，p层电极250将通过(例如)电子束蒸镀沉积到p掺杂层210上。可以使用沉积之后的退火步骤来降低介于p层电极250和p掺杂层210之间的接触电阻。P掺杂层210可以为任何合适的LED材料，例如Mg掺杂的GaN。其他合适的材料包括(但不限于)硅(Si)、锗(Ge)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟(InN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化铟镓(InGaP)、砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷磷化铟镓(InGaAsP)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、和碲化汞镉(HgCdTe)。

图3为另一个EPLD的横截面图。此实施例示出包括p掺杂层310和n掺杂层330的LED装置300。LED装置300的发射面370包括n层电极350。p掺杂层310上设置有可单独寻址电极340。在此实施例中，光发射区320并非为单独的材料层，而是二极管结。如果n和p型区域由仅掺杂材料的掺杂类型和浓度变化的相同半导体材料构成，则二极管结可以为同质结。两者间的二极管结可以为其中p掺杂层310和n掺杂层330为不同的组成并且使用不同掺杂剂类型和浓度的异质结(例如介于GaAs和AlGaAs之间的结)。也可设想包括两个相邻异质结的双异质结(未示出)(也称为双异质结构)二极管。双异质结构的实例可以为介于n型Al_0.15Ga_0.85N和p型Al_0.15Ga_0.85N之间、厚度为100nm的In_0.06Ga_0.94N层(即中间层)。双异质结中的中间材料的带隙决定发射光的波长。

连续光发射区320设置在p掺杂层310和n掺杂层330之间。当将电势施加至介于可单独寻址电极340和p层电极350之间时，空穴从p层电极350流出、经过p掺杂层310、并流入光发射区320中，并且电子从可单独存寻址电极340流出、经过n掺杂层330、并流入光发射区320中。在光发射区320中，电子和空穴可以复合并且产生可以位于可见光区、红外区、或紫外区中的光。

在此实施例中，n掺杂层330位于靠近发射面，并因而可以称为外半导体层。设置在连续光发射区320中的远离发射面的侧面上的P掺杂层310在实施例中应当称为内半导体层。单独寻址可单独寻址电极340的能力允许对于不同的电压输入产生独特的空间光输出分布。这种通过电像素化进行的光输出的空间控制可以用于对发射光进行成像的应用中，例如在投影装置中。这种通过电像素化进行的光输出的空间控制也可以用于以一定角度引导光的应用中，例如当递送至将发射光位置转变成光输出方向的透镜或其他光学装置时。

为简便起见，图3将光产生区360示出为关于可单独寻址电极340的中心线对称的不重叠卵圆形。然而，在操作中，光产生区360的形状可以为任何形状并且可以关于可单独寻址电极340的中心线对称或不对称。另外，邻近的光产生区360可以为空间重叠的。

连续光发射区320示出为介于p掺杂层310和n掺杂层330之间的二极管结。

P掺杂层310可以为任何合适的LED材料，例如Mg掺杂的GaN。其他合适的材料包括硅(Si)、锗(Ge)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟(InN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化铟镓(InGaP)、砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷磷化铟镓(InGaAsP)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、和碲化汞镉(HgCdTe)。

在图3中，n掺杂层330接触连续光发射区320和n层电极350。通常，n层电极350将通过(例如)电子束蒸镀沉积到n掺杂层330上。可以使用沉积之后的退火步骤来降低介于n层电极350和n掺杂层330之间的接触电阻。N掺杂层330可以为任何合适的LED材料，例如Si掺杂的GaN。其他合适的材料包括(但不限于)硅(Si)、锗(Ge)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟(InN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化铟镓(InGaP)、砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷磷化铟镓(InGaAsP)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、和碲化汞镉(HgCdTe)。

尽管图1-3示出其中可单独寻址电极附接到EPLD中的远离发射面的表面上的实施例，但应当理解，光发射面和包括多个可单独寻址电极的面可以为相同的。这种实施例可以提供物理更靠近EPLD中的光发射区的发射表面(例如，由于较薄的p型层)。另外，用于单独寻址可单独寻址电极的电路可以充当掩模，从而在电像素化像素之间提供一些光学隔离。在这种实施例中，还可能有利的是，将反射层添加到非发射面上，以通过下述方式来增加光输出：将光发射区中产生的但初始定向至非发射面的光进行重定向。

图4a至4h提供了用于制造根据本发明的EPLD的方法的一个实施例的逐步示意图。

首先，在基底480上生长未掺杂缓冲层470。这种生长可以通过任何合适的方法来完成，包括金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、氢化物蒸汽相外延法(HVPE)、金属有机物蒸汽相外延法(MOVPE)、金属有机物分子束外延法(MOMBE)、和原子层沉积法(ALD)。如果使用天然氮化物基底，则生长缓冲层可以为不必要的。

基底480可以为任何合适的材料，例如兰宝石、SiC、ZnO、LiAlO₂、AlN或GaN。典型的基底厚度为0.5mm左右，但该厚度可以基于便于处理、成本、或其他因素进行选择。

在外延生长后续层之前通常将薄的低温GaN种子层沉积在基底上。

未掺杂缓冲层470可以为基于用于基底480的材料以及LED的其余中所用材料的类型选定的任何合适的材料。例如，未掺杂GaN可以为用于未掺杂缓冲层470的合适材料。未掺杂GaN缓冲层的典型厚度为2μm左右。

在图4b中，将n掺杂层430生长在未掺杂缓冲层470上。合适的材料和沉积方法为在本说明书全文中针对n型层所述的那些。n掺杂层的典型厚度为2μm左右。

在图4c中，将量子阱层420(单或双量子阱)生长在n掺杂层430上。可使用Si掺杂来产生n型GaN。量子阱和势垒层的典型总层厚度为在40nm至100nm的范围内。

在本领域中应当理解，术语“量子阱”是指这样的势阱，该势阱将初始沿三个维度自由移动的粒子(在这种情况下，为电子和/或空穴)限制在两个维度中，从而迫使它们占据平面区域(所谓的量子限制)。当量子阱厚度在与载流子(通常为电子和空穴)的德布罗意波长处变得可比时，会发生量子限制效应，从而导致称为“能量亚带”的能级，即，载流子仅可具有离散的能量值。当将例如砷化镓之类的材料夹在两层具有较宽带隙的材料(如砷化铝)之间时，则在半导体中形成量子阱。这些结构可在控制低至单层的层厚的条件下(例如)通过例如上文所述的那些之类的生长技术进行生长。

所添加的生长在量子阱层上的电子阻挡层未示于图4中，但对本领域的技术人员为可用的。电子阻挡层(EBL)为可有助于增加基于氮化物的LED的效率的任选层。可以利用AlGaN或任何其他为电子提供势垒以防扩散出活性区域的材料制备EBL。EBL层的典型厚度为约50nm。

在图4d中，随后生长p掺杂层410。合适的材料包括上文所述的那些，例如Mg掺杂的GaN。合适的沉积方法为在本说明书全文中概述的那些。p掺杂层的典型厚度为约250nm。

图4e示出将基底480从装置的其余部分移除。此步骤可通过多种技术(包括(如)使用准分子激光器的激光剥离)来完成，其中可以利用适当的GaN半导体层涂布兰宝石晶片以用于制造LED，包括金属接触。在此阶段，LED装置仍完全附接到生长基底上。随后可以将基底(临时转移基底或最终基底)附接至LED装置位于生长基底的相对面上的暴露表面。由于介于兰宝石和GaN在准分子激光波长处的吸收系数的差值，来自激光器的大部分能量优先地沉积到介于兰宝石和GaN LED装置之间的界面内。这将GaN LED装置与兰宝石生长基底有效地分离。本文所述的EPLD具有连续层并且可以制备成足够厚(例如，在n层侧面上)，以成为机械性自支承的。这允许更容易地将其从生长基底移除。这是目前所述的EPLD相比于物理像素化装置所提供的另一个优点。

在一些实施例中，可能有利的是，首先在制造竖直LED的过程中移除基底并且随后施加n电极(当n层为发射层时)，以便使LED中的光散布最小化。

图4f示出将未掺杂缓冲层470从装置的其余部分移除。尽管未示出，但未掺杂缓冲层470可以被薄化。未掺杂缓冲层470可以薄化为(例如)其原始厚度的5％至99％。移除或薄化可以通过多种方法来完成，包括(如)蚀刻掉未掺杂层。

在该方法的此步骤中，n掺杂层430也可以根据需要进行薄化(未示出)。薄化时，所得n掺杂层的厚度可以为其原始厚度的5％至99％。

薄化n掺杂层430可以用于(例如)降低EPLD的光散布。

图4g示出将通用电极450沉积在n掺杂层430的发射面上。此步骤的一个潜在实例应当包括沉积其中将为内像素区域的金属网格、随后将透明导体(如铟锡氧化物(ITO))沉积在透射表面的其余上。另一个实例为将透明导体沉积在整个表面上并且随后将金属网格沉积在透明导体上。由于金属网格之间的间距通常将会很小(小于100μm)并且由于n掺杂区域通常将具有高传导性，因此其可能不足以仅沉积金属网格并且可能不包括透明导体层。

图4h示出将可单独寻址电极440附接到p掺杂层410上。可单独寻址电极440可以(例如)选自Au、Ag、Ti、Au/Ti、Au/In、Au/Ni、和Cu。

可任选的是，可以将颜色转化阵列设置和/或粘结或附接在EPLD的发射面(未示出)上，该EPLD由(如)II-VI半导体材料(例如ZnO、ZnSe、ZnS、CdS、CdSe、CdTe、CdZnSe、CdSSe、CdMgZnSe、HgCdTe、或ZnSeTe(参见美国专利申请No.2006/0284190))或III-V材料(例如AlGaInP)制备。另外的颜色转换材料包括荧光体、量子点、和荧光染料。合适的荧光体包括掺掺杂剂的石榴石(例如YAG:Ce和(Y，Gd)AG:Ce)、铝酸盐(例如Sr₂Al₁₄O₂₅:Eu、和BAM:Eu)、硅酸盐(例如SrBaSiO:Eu)、硫化物(例如ZnS:Ag、CaS:Eu、和SrGa₂S₄:Eu)、氧代硫化物、氧代氮化物、磷酸盐、硼酸盐以及钨酸盐(例如CaWO₄)。这些材料的形式可以为常规的荧光体粉末、纳米粒子荧光体粉末或膜。可以将荧光体粒子与有机或无机粘结剂混合，以用于形成涂覆到EPLD上的膜。另一类合适的材料是由半导体纳米粒子制成的所谓的量子点荧光体，该半导体纳米粒子包括Si、Ge、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、PbS、PbSe、PbTe、InN、InP、InAs、AlN、AlP、AlAs、GaN、GaP、GaAs以及它们的组合。一般来讲，量子点的表面将至少部分地涂覆有机分子，以抑制凝聚以及提高与粘结剂的相容性。在一些情况下，半导体量子点可以由核壳构造内数层不同的材料组成。合适的荧光染料包括美国专利No.6,600,175中列出的那些。优选的荧光染料为显示具有良好的耐用性和稳定的光学特性的那些。颜色转换层可以由单层或一系列层中的不同类型的颜色转换材料的共混物组成，每一层包含一种或多种类型的颜色转换剂。可以包括另外的光学元件(例如投影透镜或微透镜阵列)以添加到EPLD的发射面上。通常，可通过任何合适的方法，例如通过例如热熔粘合剂之类的粘合剂、焊接、加压、加热或这种方法的任何组合或在应用中可能所需的其他方法，将EPLD附接或粘结到颜色形成阵列上。合适的热熔粘合剂的实例包括半晶质聚烯烃，热塑性聚酯、和丙烯酸类树脂。

其他示例性粘结材料包括光学透明的聚合材料，例如光学透明的聚合物粘合剂，包括丙烯酸酯基光学粘合剂，例如Norland 83H(由Norland Products(Cranbury NJ)供应)；氰基丙烯酸酯，例如Scotch-Weld速干胶(由3M公司(St.Paul，MN)供应)；苯并环丁烯类化合物，例如Cyclotene^TM(由Dow Chemical公司(Midland，MI)供应)；透明蜡，例如CrystalBond(Ted Pella Inc.(Redding CA))；基于铝硅酸钙的液体、水、或水玻璃；以及旋涂玻璃(SOG)。

在一些情况下，可通过晶片粘结技术将EPLD附接到颜色形成阵列上，该晶片粘结技术在(例如)Q.-Y.Tong和U.

的“Semiconductor Wafer Bonding(半导体晶片粘结)”(John Wiley & Sons(New York)，1999年)的第4章和第10章中有所描述。

通常，根据本发明的EPLD的像素化表面与至少两个电极接触。连接到至少两个电极的电路将电流驱动至电极并且最终穿过连续光发射区，从而局部激活EPLD。像素化表面电极可以以多种方式进行单独寻址。这些方式包括(但不限于)直接焊接连接至电路板、通过多种互连装置连接至互补的金属氧化物半导体(CMOS)电路、以及连接至组件或电路板的焊料块。像素化表面电极可以由本领域中已知的任何合适材料制成，包括(但不限于)金属或金属合金，该金属或金属合金包括：金、银、铝、镍、钛、铬、铂、钯、铑、铼、钌、钨、铟以及这类金属的混合物和合金。电极也可以由例如ITO之类的透明导电性氧化物形成。优选的是，电极材料具有高反射性，以使得导向至电极材料的光线将被电极材料反射。

背对像素化表面的表面通常将具有至少一个电极。该电极可为(例如)互连的金属或金属合金网格。背对像素化表面的表面可以包括电极，该电极可以包含任何合适的金属，例如金、银、铝、铟、上述金属中的任何者的合金、和/或透明金属合金、或透明导电性氧化物(如覆盖LED表面的铟锡氧化物(ITO))。将ITO用作在背对像素化表面的表面的区域上方的电极可以允许在内像素区域处形成电极，可能以网格的形式形成。所提及的适用于非发射表面的金属中的任何者可根据需要用于金属或金属合金网格。将透明金属合金用于发射表面电极可以有益于提供所产生光的较高透射率。电极也可包括可单独控制元件的阵列(如条带)，从而允许对穿过光发射区的电流进行更大的控制。背对像素化表面的表面上的电极可通过多种方法(包括引线接合)进行连接。然而，可以利用用于电极连接的任何其他数量的合适技术。

通常将利用外部控制器来驱动电极。当像素化表面电极通过电路板进行寻址时，一种选择可以为CMOS基底。CMOS基底为由集成电路构成的基底，并因此可以提供下述双重功能，即提供用于EPLD的安装表面以及电流驱动器。本发明的电极的功能为以位置可调方式提供穿过活性光发射区的电流。每一个可单独寻址电极可视为具有相应的开关电路，在激活时电流通过该开关电路流动。因此，发射表面和非发射表面的形状和布局、以及施加至电极的电压为尤其重要的，因为这些特性有助于确定发射光的空间输出分布。

可单独控制电极元件的一个实例示于图5a-5b中。在此实例中，发射表面由多个可单独寻址元件550构成，此处以列的形状构成。这些电极为可单独寻址和可控制的。非发射表面连接至成行形成的可单独寻址和可控制的电极540，使得成行形成和成列形成的两个电极组彼此垂直。这种形成方式允许进行LED发射的区域控制。在激活发射表面和非发射表面电极区域的子集时，在选定电极之间产生电压差。高于LED的正向电压的电压导致在所需点处(即介于垂直或接近垂直的行和列之间的交叉点)发射光。此发射区可定义为像素。非激活电极不提供高于LED的正向电压的电压，从而导致没有局部的光发射。例如，可激活发射表面电极和非发射表面电极区域的子集，使得将仅在行和列的交叉点处从光发射区发射光。当然，发射表面电极的设置方式也应当可能使它们平行于非发射表面电极。平行条带电极可以直接设置在对应的非发射表面电极的上方，以用于(如)产生成行的光，或可以设置成(如)使得它们在距非发射表面电极的水平距离中为交错的，以产生更均匀的照明。

电极形成方式的另一个实例示于图6a-6b中。在此实施例中，发射表面电极650由覆盖装置表面的通用电极构成。非发射表面具有多个成行形成的可单独寻址电极640。这种形成方式可以提供显示器沿可寻址行640的选择性照明，可用于(例如)空间光调制器(例如透射性成像仪(例如液晶显示器)、或反射性成像仪(例如硅基液晶(LCOS))或数字微镜器件(DMD)成像仪)的带状照明。

图7a-9b示出形式为非发射表面电极的金属网格和阵列的单个表面发射电极的多个实例。在此实施例中，网格开口和非发射表面电极成形为方形。然而，它们可具有矩形、六边形的形状、或任何其他数量的形状。使用电极在非发射面上的阵列形成方式允许进行受控的区域发射分布。可以根据装置的所需应用来选择非发射表面电极的网格间距和尺寸。例如，具有较大非发射表面电极阵列的密集间距网格，如图7a-b所示，可以允许利用较高的区域表面照明进行高分辨率像素化。图8a-8b提供了具有相似的区域表面照明、但具有较低程度的分辨率的实施例。或者，图9a-b示出具有相应小电极阵列的密集间距网格的形成方式。这种实施例可以尤其适用于高分辨率的应用，例如直观应用或投影应用。另外，该实施例可连接至不同颜色的荧光体、II-VI材料、或其他的颜色转换材料。它随后可以用于在短混合距离处提供相等的区域照明，用于(如)顺序颜色LED。

另外的设计考虑因素可以与设计驱动目前所述的EPLD的电极的外部控制相关。例如，本文所述的EPLD中的相对较薄的p型层可能易受来自反向偏置击穿的损害的影响。这种反向偏置可以由装置的错误接线、驱动电路中的瞬态、或静电引起。因此，可能有利的是，在像素化装置本身中、或在(例如)CMOS驱动电路上包括保护电路。

另外可能有用的是，将低于用于EPLD的开启电压的低电压施加至邻近“开启”像素的“关闭”像素上。通过这样操作，通过降低相邻像素之间的电压梯度可以限制电流从开启像素区域散布至关闭像素区域。

穿过二极管结的电导率为非线性的，因此，较高电流(成比例地)相比于较低电流将散布较低。因此，为了使像素尺寸最小化，可能有利的是使像素在最高的实际电流下工作。直观式成像仪应当产生一定范围的亮度，以复制可以通过振幅调制和/或脉冲宽度调制产生的所需图像的所需灰度等级。因此，在振幅调制和脉冲宽度调制之间，当本文所述的EPLD用作直观式成像仪时，可能不期望使用振幅调制来控制灰度。对于较低的电压应用而言，振幅调制应当经受增高的电流散布。相比之下，通过使用脉冲宽度调制驱动方案，可实现亮度控制，同时仍在最佳(如最大)电流下驱动像素。在脉冲宽度调制驱动中，像素在靶电流下工作，并且调节电流应用的间期，以实现所需的表观亮度。

通过激活光发射区产生的像素不必全为相同的尺寸或形状。像素可以根据尺寸和形状两者以规则变化或随机选择的方式进行变化。可能优选的是，尤其是在直观系统或照明系统的情况下，可单独寻址电极通过所需的像素间距间隔。像素间距也可以根据电极的布置方式，以最终使用所需的方式进行变化。

为了提供对用户需要最准确的光发射图案和/或光谱，本发明也包括使用设置在连续光发射层的每一个具体光发射区之间的光阻挡元件。这种光阻挡元件允许来自不同发射区的光的光学耦合的干扰(如相邻像素之间的串扰)，并且允许光以所需特性在所需位置处离开发射表面。另外，可以将掩模设置在EPLD的顶部表面的全部或部分的上方，以便选择性地吸收、反射和透射具有所需特性(如波长、入射角等)的光。

例如，可以将导电性低的层设置在n型层内或n层电极下(其中n层为发射面层)[或(例如)在ITO层、或任何其他的透明导体层下]，以将电流通道进一步地限制到活性区域的所需部分。限制可以来自图案化的绝缘体(如SiO₂)、或来自n型层的下述区域，所述区域进行植入或掺杂，以补偿自由载流子并从而局部地增加n掺杂层中的电阻。另外，n层电极(其中n层再次为发射面层)可以为定义所需像素的外边缘的网孔或网格。网格可在未阻挡从发射面离开像素的光的路径的情况下排出来自该像素的电流。网格也可以通过充当“黑色掩模”、从而阻挡光从一个像素到相邻像素的侧向传播(如通过吸收)来增加对比度。黑色掩模也可以有助于锐化像素的边缘，这又可以使图像(即当将EPLD用作成像装置时)看起来得到较好地聚焦。

本发明的一个尤其可取的应用为用作图像投影系统。当在这种系统中使用时，可能有利的是，将EPLD光学耦接到像素化空间光调制器，使得该调制器接收从EPLD的光发射表面发射的光。此添加尤其可用于(如)液晶显示器或DLP显示器(例如用于电视中的那些)中的光发射装置。这种用于液晶显示器目的的空间光调制器的一个实例应当是设置在发射表面上的图案化线栅偏振器。空间光调制器也可以由比EPLD中产生的那些像素更多数量的像素构成，从而允许图像在观看之前进一步像素化。

实例

建模方法

构建像素化竖直LED的热模型和电模型，以用于有限元仿真软件(得自ANSYS，Inc(Canonsburg，PA)的ANSYS Mechanical)。将LED建模成竖直层叠件。该模型仿真方阵列图案中的方形像素。在水平平面内，将LED模型划分成由8个部分像素围绕的一个中心像素。每一个层由至多两种可能的材料构成。主要材料与像素位置一致。使用任选的第二材料(“间隙”材料)，以将第二材料设置在宽度等于间隙宽度的像素之间的晶格上。连续层具有与主要材料设为相同的间隙材料或设为零的间隙宽度。将各个层在阳极、阴极、或结的模型中指定功能。将电流施加至阳极层，并且将阴极层侧保持为0.0伏。将二极管结模型用作介于竖直叠堆中的结层和紧邻层之间的间隙电导系数。将完全绝缘的边界条件(热学和电学两者)施加至模型的四个竖直侧面。

模拟材料的物理特性收集自文献并且记录在下表中。

为简便起见，将铜的特性用于p-GaN层和n-GaN层两者的金属接触。可能的是，该接触应当由例如Au、Ag、Au/Ti、In、Au/In、或Au/Ni之类的其他金属制成；然而，为了这些模拟，这些金属的物理特性与铜为足够相似的。相似地，将二氧化硅用作绝缘填料材料，但可以将其他的绝缘材料、空气、或真空用作绝缘体。

该模拟仅基于二极管中的电势进行电流分布建模。二极管的结区域中的少数载流子的扩散也可影响电流分布，这样，发射区可以稍大于通过该模型预测的结果。

通过在p型半导体层和n型半导体层之间施加非线性间隙电导系数来模拟结。结的导电率基于理想二极管的公式计：

j = j_{s} \exp (\frac{qV}{{nk}_{B} T})

其中j为通过结的电流密度；j_s为“饱和电流”；q为电子的电荷；V为整个结上的电势；n为二极管理想因子；k_B为玻尔兹曼常数；并且T为结的绝对温度。q值和k_B值分别为1.602×10^-19C和1.318×10^-23J/K。饱和电流j_s和理想因子n通过拟合商业高亮度蓝色氮化物LED的测量的I-V数据获得，从而导致j_s＝5.9×10^-19并且n＝2.74的值。温度T和电势V通过模型计算。

实例1：

生成模拟具有连续p型区域和n型GaN区域的5μm×5μm像素的模型。p型层的电接触为0.5μm×0.5μm，接触电阻为0.01Ω-mm²。用于该模型的层结构为：

该模型使用施加至阳极的0.1A/mm²(2.5×10^-6A/像素)的平均电流密度。阴极保持在0V下。

绘制经计算的电流密度轮廓，并将其示于图10中。绘制横截面(沿该模型的一个边缘截取)，并将其示于图11中。

实例2：

将实例1的模型用于实例2。该模型模拟具有连续p型区域和n型GaN区域的5μm×5μm像素。p型层的电接触为0.5μm×0.5μm，接触电阻为0.01Ω-mm²。用于该模型的层结构为：

该模型使用施加至阳极的0.01、0.1、和1.0A/mm²(2.5×10^-7、2.5×10^-6、和2.5×10^-5A/像素)的平均电流密度。阴极保持在0V下。

绘制通过像素中心的电流密度横截面，并将其示于图12中。为清楚起见，将电流密度除以(施加的)平均电流密度并且仅示出中心像素。

实例2的结果表明，介于像素中心和边缘之间的对比度随着通过该像素的电流密度增加而增加。

实例3：

将实例1的模型用于实例3。该模型模拟具有连续p型区域和n型GaN区域的5μm×5μm像素。模拟p-GaN层的电接触的三种尺寸：0.5μm×0.5μm、1.0μm×1.0μm、和2.0μm×2.0μm。p型层的电接触的接触电阻为0.01Ω-mm²。用于该模型的层结构为：

该模型使用施加至阳极的1.0A/mm²(2.5×10^-5A/像素)的平均电流密度。阴极保持在0V下。

绘制通过像素中心的电流密度横截面，并将其示于图13中。为清楚起见，仅示出中心像素中的电流密度。

实例3的结果表明，介于像素中心和边缘之间的对比度随着p-GaN的电接触的尺寸降低而增加。

实例4：

将实例1的模型用于实例4。该模型模拟具有连续p型区域和n型GaN区域的5μm×5μm像素。p型层的电接触为0.5μm×0.5μm，接触电阻为0.01Ω-mm²。用于该模型的层结构为：

该模型使用施加至阳极的1.0A/mm²(2.5×10^-5A/像素)的平均电流密度。阴极保持在0V下。p-GaN层为连续的，并且该模型使用三种厚度值：0.1μm、0.2μm、和0.3μm。

对于三种p-GaN层厚度，绘制通过像素中心的电流密度横截面，并将其示于14图中。为清楚起见，仅示出中心像素中的电流密度。

实例4的结果表明，介于像素中心和边缘之间的对比度随着p-GaN的厚度降低而增加。

实例5：

将实例4的模型用于实例5。该模型模拟具有连续n型GaN区域的5μm×5μm像素。p型区域为0.3μm厚，并且图案化成与p型GaN的电接触具有完全相同的宽度，从而模拟蚀刻p-GaN层直至、但不穿过结的可能性。p型层的电接触为0.5μm×0.5μm，接触电阻为0.01Ω-mm²。

用于该模型的层结构为：

绘制通过像素中心的电流密度横截面，并将其示于图15中。为清楚起见，仅示出中心像素中的电流密度。

实例5的结果表明像素中心和边缘之间的对比度可通过薄化或移除仅p-GaN层的部分而增加。

实例6：

生成模拟具有连续p型区域和n型GaN区域的2.5μm×2.5μm像素的模型。p型层的电接触为0.5μm×0.5μm，接触电阻为0.01Ω-mm²。用于模型的层结构为：

该模型使用施加至阳极的4.0A/mm²(2.5×10^-5A/像素)的平均电流密度。阴极保持在0V下。

绘制通过像素中心的电流密度横截面，并将其示于图16中。为清楚起见，仅示出中心像素中的电流密度。

实例6的结果表明，电流可被限制在为约1μm×1μm的结的部分中。

Claims

1.一种电驱动像素化发光装置(EPLD)，包括：

p层，所述p层具有p层电极表面和p层界面表面；

n层，所述n层具有n层电极表面和n层界面表面；

连续光发射区，所述连续光发射区设置在所述n层界面表面和所述p层界面表面之间；

至少一个p层电极；

至少一个n层电极；

其中所述p层电极或所述n层电极中的至少一者包括多个可单独寻址电极。

2.根据权利要求1所述的电驱动像素化发光装置，其中所述连续光发射区为双异质结。

3.根据权利要求1所述的电驱动像素化发光装置，其中所述连续光发射区为多量子阱层。

4.根据权利要求1所述的电驱动像素化发光装置，其中所述p层电极包括多个可单独寻址电极。

5.根据权利要求1所述的电驱动像素化发光装置，其中所述n层电极包括多个可单独寻址电极。

6.根据权利要求1所述的电驱动像素化发光装置，对于所述多个可单独寻址电极中的每一个，还包括开关电路。

7.一种电驱动像素化发光装置，包括：

外半导体层，所述外半导体层包括光发射面，所述光发射面具有通用电极；

内半导体层，所述内半导体层包括非发射面，所述非发射面具有多个可单独寻址电极；和

连续光发射区，所述连续光发射区设置在所述外半导体层和所述内半导体层之间。

8.根据权利要求7所述的电驱动像素化发光装置，其中所述外半导体层为n掺杂半导体层。

9.根据权利要求8所述的电驱动像素化发光装置，其中所述n掺杂半导体层为连续的。

10.根据权利要求8所述的电驱动像素化发光装置，其中所述p掺杂半导体层为至少部分蚀刻的。

11.根据权利要求10所述的电驱动像素化发光装置，其中所述p掺杂半导体层为完全蚀刻的。

12.根据权利要求7所述的电驱动像素化发光装置，其中所述外半导体层为p掺杂半导体层。

13.根据权利要求7所述的电驱动像素化发光装置，其中所述n掺杂半导体层包含金属氮化物。

14.根据权利要求13所述的电驱动像素化发光装置，其中所述金属选自In、Ga、Al、或它们的合金。

15.根据权利要求7所述的电驱动像素化发光装置，其中所述多个可单独寻址电极接触所述非发射面，并且接触表面区域小于所需的像素尺寸。

16.根据权利要求7所述的电驱动像素化发光装置，其中所述连续光发射区为多量子阱层。

17.根据权利要求7所述的电驱动像素化发光装置，对于所述可单独寻址电极中的每一个，还包括开关电路。

18.根据权利要求17所述的电驱动像素化发光装置，其中所述可单独寻址电极间隔开10μm或更小的像素间距。

19.根据权利要求7所述的电驱动像素化发光装置，其中所述通用电极含有多条平行线，所述多条平行线中的每一条被电连接至一个或多个可单独寻址电极。

20.根据权利要求19所述的电驱动像素化发光装置，其中所述可单独寻址电极含有多条平行线，所述多条平行线垂直于所述通用电极设置。

21.根据权利要求7所述的电驱动像素化发光装置，其中所述可单独寻址电极含有多条平行线。

22.根据权利要求7所述的电驱动像素化发光装置，其中所述光发射区含有单量子阱。

23.根据权利要求7所述的电驱动像素化发光装置，还包括光阻挡元件，以减少可单独寻址电极之间的光学串扰。

24.根据权利要求8所述的电驱动像素化发光装置，其中所述外半导体层被部分蚀刻，以产生沟道，并且所述沟道任选地填充有选自以下的材料：(i)光吸收材料；(ii)电绝缘材料；(iii)反射性材料；或(iv)(i)至(iii)的任意组合。

25.一种用于产生像素化光的方法，包括电寻址根据权利要求7所述的电驱动像素化发光装置中的多个可单独寻址电极中的至少两个。

26.一种像素化光发射系统，包括：

内半导体层，所述内半导体层包括非发射面，所述非发射面具有多个可单独寻址电极；

连续光发射区，所述连续光发射区设置在所述外半导体层和所述内半导体层之间；和

电路，所述电路用于向所述可单独寻址电极中的每一个提供电流，其中当所述可单独寻址电极中的每一个被寻址时，所述像素化光发射系统发射空间上独特的光图案。

27.一种光学系统，包括：根据权利要求26所述的像素化光发射系统；和像素化空间光调制器，所述像素化空间光调制器用于接收由所述像素化光发射系统发射的光。

28.根据权利要求27所述的光学系统，其中所述光发射系统具有比所述空间光调制器少的像素。

29.根据权利要求27所述的光学系统，其中所述像素化空间光调制器选自：(i)透射性液晶显示器；(ii)反射性液晶成像仪；和(iii)数字微镜器件。

30.一种成像装置，包括

内半导体层，所述内半导体层包括非发射面，所述非发射面具有限定像素的多个可单独寻址电极；

专用开关电路，所述专用开关电路用于控制来自每一个像素的输出光。