CN111712922A - 具有嵌入式晶体管的分段式led - Google Patents

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CN111712922A CN201880089938.1A CN201880089938A CN111712922A CN 111712922 A CN111712922 A CN 111712922A CN 201880089938 A CN201880089938 A CN 201880089938A CN 111712922 A CN111712922 A CN 111712922A
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Abstract

器件可以包括具有在第一区域中的第一嵌入式晶体管和在第二区域中的第二嵌入式晶体管的衬底。第一区域和第二区域可以由沟槽分隔，该沟槽延伸穿过形成在衬底上的外延层的至少一部分。第一嵌入式晶体管可以连接到第一发光二极管（LED），并且第二嵌入式晶体管可以连接到第二LED。第一光学隔离层可以处于外延层和衬底的第一区域之间。第二光学隔离层可以处于外延层和衬底的第二区域之间。

Description

具有嵌入式晶体管的分段式LED
对相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月20日提交的美国临时申请第62/608,295号、2018年2月7日提交的欧洲专利申请第18155455.1号和2018年12月19日提交的美国非临时申请第16/225,934号的权益，它们的内容在此通过引用并入本文。
背景技术
包括发光二极管（LED）、谐振腔发光二极管（RCLED）、垂直腔激光二极管（VCSEL）和边缘发射激光器的半导体发光器件属于当前可用的最高效的光源。在能够跨可见光谱操作的高亮度发光器件的制造方面当前感兴趣的材料系统包括III-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金，也被称为III族氮化物材料。
典型地，通过借由金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或其它外延技术而在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物或其它合适的衬底上外延生长具有不同组分和掺杂剂浓度的半导体层的叠层来制备III族氮化物发光器件。该叠层通常包括形成在衬底上方的一个或多个掺杂有例如硅的n型层、形成在该一个或多个n型层上方的有源区域中的一个或多个发光层、以及形成在该有源区域上方的一个或多个掺杂有例如镁的p型层。电气接触部形成在n型区域和p型区域上。
发明内容
器件可以包括具有在第一区域中的第一嵌入式晶体管和在第二区域中的第二嵌入式晶体管的衬底。第一区域和第二区域可以由沟槽分隔，所述沟槽延伸穿过形成在衬底上的外延层的至少一部分。第一嵌入式晶体管可以连接到第一发光器件（LED），并且第二嵌入式晶体管可以连接到第二LED。第一光学隔离层可以处于外延层和衬底的第一区域之间。第二光学隔离层可以处于外延层和衬底的第二区域之间。
附图说明
可以从以下结合附图通过示例的方式给出的描述中得到更详细的理解，其中：
图1A是具有分解部分的LED阵列的俯视图；
图1B是具有沟槽的LED阵列的截面图；
图1C是具有沟槽的另一LED阵列的透视图；
图1D是形成在具有嵌入式晶体管的衬底上的光学隔离层的截面图；
图1E是示出嵌入式晶体管的截面图；
图1F是示出在光学隔离层上形成第一半导体层的截面图；
图1G是示出在第一半导体层上形成有源区域和第二半导体层的截面图；
图1H是示出在第二半导体层上形成公共接触层的截面图；
图1I是示出沟槽的形成的截面图；
图1J是示出在公共接触层上形成波长转换层的截面图；
图1K是示出沟槽的形成的截面图；
图1L是示出在公共接触层上形成波长转换层的截面图；
图1M是示出沟槽的形成的截面图；
图1N是示出沟槽的形成的截面图；
图1O是示出在沟槽中形成接触部的截面图；
图1P是示出形成器件的方法的流程图；
图2A是在一个实施例中电子板的俯视图，该电子板具有在LED器件附接区域处附接到衬底的LED阵列；
图2B是具有安装在电路板的两个表面上的电子部件的双沟道集成LED照明系统的一个实施例的图；
图2C是示例车辆头灯系统；以及
图3示出了示例照射系统。
具体实施方式
此后将参考附图更全面地描述不同光照射系统和/或发光二极管（LED）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”可以包括关联列出的项目中的一个或多个的任何和所有组合。
将理解，当诸如层、区域或衬底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”另一元件“上”或“直接”延伸“到”另一元件“上”时，可以不存在中间元件。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，除了图中描绘的任何取向之外，这些术语还意图涵盖元件的不同取向。
如图中所示出的，诸如“下面”、“上面”、“上方”、“下方”、“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，除了图中描绘的取向之外，这些术语还意图涵盖器件的不同取向。
半导体发光器件（LED）或光学功率发射器件，诸如发射紫外（UV）或红外（IR）光学功率的器件，属于当前可用的最高效的光源。这些器件（此后称为“LED”）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。例如，由于其紧凑的尺寸和较低的功率要求，LED可能是针对许多不同应用的有吸引力的候选。例如，它们可以用作手持式电池供电器件（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、视频火炬、一般照射（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、作为显示器的背光以及IR光谱学。单个LED可以提供没有白炽光源亮的光，并且因此，多结器件或LED阵列（诸如单片式LED阵列、微型LED阵列等）可以用于期望或要求更多亮度的应用。
根据所公开主题的实施例，LED阵列（例如，微型LED阵列）可以包括如图1A、1B和/或1C中示出的像素阵列。LED阵列可以用于任何应用，诸如要求精确控制LED阵列分段的那些应用。LED阵列中的像素可以是可单独寻址的，可以是成组/子集地可寻址的，或者可以不是可寻址的。在图1A中，示出了具有像素111的LED阵列110的俯视图。图1A中还示出了LED阵列110的3×3部分的分解图。如3×3部分分解图中所示，LED阵列110可以包括具有大约100μm或更小（例如，40μm）的宽度w1的像素111。像素之间的通道113可以以大约20μm或更小（例如，5μm）的宽度w2分隔。通道113可以在像素之间提供气隙，或者可以包含其它材料，如图1B和1C中所示并在本文进一步公开。从一个像素111的中心到相邻像素111的中心的距离d1可以是大约120μm或更小（例如，45μm）。将理解，本文提供的宽度和距离仅是示例，并且实际的宽度和/或尺寸可以变化。
将理解，尽管在图1A、B和C中示出了以对称矩阵布置的矩形像素，但是任何形状和布置的像素都可以应用于本文公开的实施例。例如，图1A的LED阵列110可以包括以任何适用的布置的超过10,000个像素，诸如100×100矩阵、200×50矩阵、对称矩阵、非对称矩阵等。还将理解，可以以任何适用的格式布置多组像素、矩阵和/或板，以实现本文公开的实施例。
图1B示出了示例LED阵列1000的截面图。如示出的，像素1010、1020和1030对应于LED阵列内的三个不同像素，使得分隔区段1041和/或n型接触部1040将像素彼此分隔。根据实施例，像素之间的空间可以被气隙占据。如示出的，像素1010包括外延层1011，该外延层1011可以生长在诸如例如蓝宝石衬底之类的任何适用的衬底上，该衬底可以从外延层1011移除。远离接触部1015的生长层的表面基本上可以是平面的或可以被图案化。p型区域1012可以位于靠近p接触部1017。有源区域1021可以设置成邻近n型区域和p型区域1012。可替代地，有源区域1021可以在半导体层或n型区域与p型区域1012之间，并且可以接收电流，使得有源区域1021发射光束。p接触部1017可以与SiO2层1013和1014以及电镀金属（例如，电镀铜）层1016接触。n型接触部1040可以包括诸如Cu之类的适用金属。金属层1016可以与可以反射的接触部1015接触。
值得注意的是，如图1B中所示，n型接触部1040可以沉积到在像素1010、1020和1030之间产生的沟槽1130中，并且可以延伸超出外延层。分隔区段1041可以分隔波长转换层1050的全部（如示出的）或部分。将理解，可以在没有这种分隔区段1041的情况下实现LED阵列，或者分隔区段1041可以对应于气隙。分隔区段1041可以是n型接触部1040的延伸，使得分隔区段1041由与n型接触部1040相同的材料（例如，铜）形成。可替代地，分隔区段1041可以由不同于n型接触部1040的材料形成。根据实施例，分隔区段1041可以包括反射材料。诸如例如，分隔区段1041和/或n型接触部1040中的材料可以以任何适用的方式沉积，但是应用包括或允许n型接触部1040和/或分隔区段1041的沉积的网状结构。波长转换层1050可以具有类似于图2A的波长转换层205的特征/性质。如本文所指出，一个或多个附加层可以涂覆分隔区段1041。这样的层可以是反射层、散射层、吸收层或任何其它适用的层。一个或多个钝化层1019可以将n接触部1040与外延层1011完全或部分分隔。
外延层1011可以由任何适用的材料（包括蓝宝石、SiC、GaN、硅树脂）形成以在被激发时发射光子，并且可以更具体地由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）及其混合物或合金来形成。这些示例半导体在它们存在于的LED的典型发射波长处可以具有范围从大约2.4到大约4.1的折射率。例如，III族氮化物半导体，诸如GaN，在500nm处可以具有大约2.4的折射率，并且III族磷化物半导体，诸如InGaP，在600nm处可以具有大约3.7的折射率。耦合至LED器件200的接触部可以由焊料（诸如AuSn、AuGa、AuSi或SAC焊料）形成。
n型区域可以生长在生长衬底上，并且可以包括包含不同组分和掺杂剂浓度的一层或多层半导体材料，包括例如制备层（诸如缓冲层或成核层）和/或被设计成便于移除生长衬底的层。这些层可以是n型的或不是有意掺杂的，或者甚至可以是p型器件层。层可以被设计用于针对发光区域高效地发射光所期望的特定光学、材料或电气性质。类似地，p型区域1012可以包括不同组分、厚度和掺杂剂浓度的多个层，包括非有意掺杂的层或n型层。可以使电流流过p-n结（例如，经由接触部），并且像素可以生成第一波长的光，该第一波长至少部分地由材料的带隙能量确定。像素可以直接发射光（例如，常规或直接发射LED）或者可以将光发射到波长转换层1050中（例如，磷光体转换的LED、“PCLED”等），该波长转换层1050起作用以进一步修改发射光的波长从而输出第二波长的光。
尽管图1B示出了具有以示例布置的像素1010、1020和1030的示例LED阵列1000，但是将理解，LED阵列中的像素可以以多种布置中的任一种来提供。例如，像素可以是在倒装芯片结构、垂直注入薄膜（VTF）结构、多结结构、薄膜倒装芯片（TFFC）、横向器件等中。例如，横向LED像素可以类似于倒装芯片LED像素，但是可以没有上下颠倒倒装以用于电极向衬底或封装的直接连接。TFFC也可以类似于倒装芯片LED像素，但是可以令生长衬底被移除（使薄膜半导体层不被支撑）。相反，可以作为倒装芯片LED的一部分而包括生长衬底或其它衬底。
波长转换层1050可以在由有源区域1021发射的光的路径中，使得由有源区域1021发射的光可以横穿一个或多个中间层（例如，光子层）。根据实施例，波长转换层1050或者可以不存在于LED阵列1000中。波长转换层1050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发射不同波长的光。波长转换层1050的厚度可以基于所使用的材料或者针对其布置LED阵列1000或各个像素1010、1020和1030的应用/波长来确定。例如，波长转换层1050可以是大约20μm、50μm或200μm。如示出的，波长转换层1050可以提供在每个单独的像素上，或者可以放置在整个LED阵列1000上方。
初级光学器件1022可以在一个或多个像素1010、1020和/或1030上或上方，并且可以允许光从有源区域101和/或波长转换层1050穿过初级光学器件。通常可以基于朗伯分布图案来发射经由初级光学器件的光，使得当从理想漫射辐射体观察时，经由初级光学器件1022发射的光的发光强度与入射光的方向和表面法线之间的角度的余弦成正比。将理解，可以修改初级光学器件1022的一个或多个性质以产生与朗伯分布图案不同的光分布图案。
可以为像素1010、1020和/或1030提供包括透镜1065和波导1062中的一个或两个的次级光学器件。将理解，尽管依照具有多个像素的图1B中示出的示例讨论了次级光学器件，但是可以为单个像素提供次级光学器件。次级光学器件可以用于扩展入射光（发散光学器件），或者用于将入射光聚集成准直射束（准直光学器件）。波导1062可以涂覆有电介质材料、金属化层等，并且可以被提供为反射或重定向入射光。在可替代的实施例中，照明系统可以不包括以下中的一个或多个：波长转换层1050、初级光学器件1022、波导1062和透镜1065。
透镜1065可以由任何适用的透明材料（诸如但不限于SiC、氧化铝、金刚石等或其组合）形成。透镜1065可以用于修改要输入到透镜1065中的光束，使得来自透镜1065的输出射束将高效地满足期望的光度规范。另外，透镜1065可以用作一个或多个美学目的，诸如通过确定多个LED器件200B的点亮和/或不亮外观。
图1C示出了LED阵列1100的三维视图的截面。如示出的，LED阵列1100中的像素可以被沟槽分隔，该沟槽经填充以形成n接触部1140。像素可以生长在衬底1114上，并且可以包括p接触部1113、p-GaN半导体层1112、有源区域1111和n-Gan半导体层1110。将理解，该结构仅作为示例提供，并且可以添加、移除或部分地添加或移除一个或多个半导体或其它适用的层，以实现本文提供的公开内容。转换器材料1117可以沉积在半导体层1110（或其它适用的层）上。
如示出的，钝化层1115可以形成在沟槽1130内，并且n接触部1140（例如，铜接触部）可以沉积在沟槽1130内。钝化层1115可以将n接触部1140的至少一部分与半导体的一个或多个层分隔。根据实施方式，沟槽内的n接触部1140或其它适用的材料可以延伸到转换器材料1117中，使得n接触部1140或其它适用的材料在像素之间提供完全或部分的光学隔离。
制造具有控制电子器件的小型LED像素系统可能是昂贵且困难的。可以在晶片规模下成本有效地组合晶体管和控制元件与LED结构的架构和工艺可以是合乎期望的。
用于将控制元件与LED结构组合的一种方案可以包括在包含嵌入式晶体管的晶片上形成LED结构。晶体管可以连接到LED结构，并且可以用于控制输送到LED发射器的功率。晶体管可以连接到每个LED发射器，并且可以使用功率门控横杆模式连接到彼此。
使用蚀刻的氮化镓（GaN）台面构造的单片分段式LED是可行的，但是具有相当大的关联处理成本。经蚀刻的台面的消除和嵌入式控制元件的组合可以减少边缘损耗并提供机械上更稳固的器件。以下描述包括使用嵌入式晶体管和透明导体来形成单片分段式LED的方法，而无需经蚀刻的各个台面并具有用于控制电子器件的减少的结构。本文所述的装置可以包括由非导电通道分隔的小于100μm（例如，少于20μm）至300μm以上的像素，该非导电通道具有小于大约1μm的宽度。控制电子器件可以被并入到底层的衬底中，该衬底可以被处理以在每个像素之间形成沟槽。像素的公共n接触部可以由透明导体层提供。
现在参考图1D，示出了图示在衬底120上形成光学隔离层122的截面。衬底120可以是由半导体材料组成的晶片。在示例中，衬底120可以由单晶硅组成。在另一示例中，衬底120可以由硅与另一元素（诸如例如，SiGe、SiC、Ge等）组合地组成。在另一示例中，衬底可以由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。衬底120可以类似于上面参考图1描述的衬底1114，并且下面的描述可以应用于LED阵列1100。
衬底120可以包含一个或多个嵌入式晶体管124。形成一个或多个嵌入式晶体管124的组分和方法在本领域中可以是已知的，并且可以使用任何类型的嵌入式晶体管。在示例中，可以通过蚀刻衬底120以形成一个或多个沟槽来形成一个或多个嵌入式晶体管124。一个或多个沟槽可以填充有一种或多种半导体材料以形成嵌入式晶体管。例如，一个或多个沟槽可以填充有第一类型（例如，n型）半导体材料作为源极/漏极，第二类型（例如，p型）半导体材料作为主体，以及电介质材料（例如，高k电介质）作为栅极。
在图1E中示出的示例中，一个或多个沟槽中的第一沟槽可以在底部和侧壁上填充有栅极绝缘体层126，并且在栅极绝缘体层126上填充有栅极导体层128。通常，栅极绝缘体层126可以防止源极/漏极区域和栅极电极层128之间的电子耗尽。在实施例中，栅极绝缘体层126可以由通过氧化过程形成的氧化物或高k电介质材料组成。栅极电极层128可以由导电材料组成，诸如金属（例如，钽、钛、钼、钨、铂、铝、铪、钌）、金属硅化物（例如，硅化钛、硅化钴、硅化镍、硅化钽）、金属氮化物（例如，氮化钛、氮化钽）、掺杂的多晶硅、其它导电材料或其组合。电介质层130可以形成在栅极电极层上，使得电介质层130的上表面与衬底120的上表面基本上齐平。栅极绝缘体层126、栅极电极层128和电介质层130可以使用常规沉积技术形成，诸如例如化学气相沉积（CVD）、等离子体增强CVD（PECVD）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）、原子层沉积（ALD）、蒸发、反应溅射、化学溶液沉积、旋涂沉积或其它类似过程。
可以通过灌输n型或p型掺杂剂来对电介质层的任一侧上的衬底120的部分进行掺杂，以形成源极/漏极区域132。例如，可以通过以大约1E15至大约5E15原子/cm2的剂量以及以大约20至大约100 KeV的能量灌输n型离子（诸如磷离子）来形成n型晶体管。可以以大约1E15至大约5E15原子/cm2的剂量以及以大约10至大约50 KeV的能量由p型离子（诸如硼离子）来形成p型晶体管。
一个或多个沟槽也可以填充有导电金属（例如，金、铜、银等）以形成将一个或多个嵌入式晶体管124彼此连接的互连。替代地，可以在衬底120顶部上形成互连。互连可以被形成为使得以功率门控横杆模式布置嵌入式晶体管。可以从衬底120的上表面或从衬底120的背面执行上述蚀刻和沉积过程。应当注意的是，图1E中示出的嵌入式晶体管意在是说明性示例，并且可以使用任何类型的嵌入式晶体管。
光学隔离层122可以形成在衬底120的上表面上。光学隔离层122可以由任何适用的光学隔离材料（诸如分布式布拉格反射器（DBR）层、反射材料和/或吸收材料）组成。作为具体示例，反射材料可以是金属，诸如不锈钢、金、银、钛或铝。DBR层可以包括但不限于SiO2和TiO2层；SiO2和ZrO2层；SiC和MgO层；SiC和二氧化硅层；GaAs和AlAs层；ITO层；或者a-Si和a-Si层。可以使用常规沉积技术形成光学隔离层122，诸如例如CVD、PECVD、MOCVD、ALD、蒸发、反应溅射、化学溶液沉积、旋涂沉积或其它类似过程。在示例中，上述互连可以接触和/或延伸穿过光学隔离层。
现在参考图1F，示出了图示在光学隔离层122上形成第一半导体层134的截面图。第一半导体层134可以由任何III-V族半导体组成，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。例如，第一半导体层134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。这些半导体在它们存在于的LED的典型发射波长处可以具有范围从大约2.4到大约4.1的折射率。例如，III族氮化物半导体，诸如GaN，在500nm处可以具有大约2.4的折射率，并且III族磷化物半导体，诸如InGaP，在600nm处可以具有大约3.7的折射率。在示例中，第一半导体层134可以由GaN组成。
可以使用诸如MOCVD、MBE或其它外延技术之类的常规沉积技术来形成半导体层134。在外延沉积过程中，控制由一种或多种源气体提供的化学反应物并设置系统参数，使得沉积原子以足够的能量到达沉积表面处，以在表面上四处移动并根据沉积表面的原子的晶体布置来对它们自己进行取向。因此，可以使用常规的外延技术在光学隔离层122上生长第一半导体层134。第一半导体层134可以掺杂有n型掺杂剂。
现在参考图1G，示出了图示在第一半导体层134上形成第二半导体层138和有源区域136的截面图。第二半导体层138和有源区域136可以由任何III-V族半导体组成，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。例如，第二半导体层138和有源区域136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。这些半导体在它们存在于的LED的典型发射波长处可以具有范围从大约2.4到大约4.1的折射率。例如，III族氮化物半导体，诸如GaN，在500nm处可以具有大约2.4的折射率，并且III族磷化物半导体，诸如InGaP，在600nm处可以具有大约3.7的折射率。在示例中，第二半导体层138和有源区域136可以由GaN组成。
可以使用诸如MOCVD、MBE或其它外延技术之类的常规沉积技术来形成第二半导体层138和有源区域136。在外延沉积过程中，控制由一种或多种源气体提供的化学反应物并设置系统参数，使得沉积原子以足够的能量到达沉积表面处，以在表面上四处移动并根据沉积表面的原子的晶体布置来对它们自己进行取向。有源区域136和第二半导体层138可以与第一半导体层134一起形成或者可以单独地形成。有源区域136和第二半导体层138可以由与第一半导体层134类似的半导体材料组成，或者它们的组分可以变化。
第二半导体层138可以掺杂有p型掺杂剂。因此，有源区域136可以是与第一半导体层134和第二半导体层138的界面相关联的p-n二极管结。可替代地，有源区域136可以包括掺杂n型、掺杂p型或未掺杂的一个或多个半导体层。当施加通过第一半导体层134和第二半导体层138的合适电压时，有源区域136可以发射光。在可替代的实施方式中，第一半导体层134和第二半导体层138的导电类型可以颠倒。即，第一半导体层134可以是p型层，并且第二半导体层138可以是n型层。第一半导体层134、有源区域136和第二半导体层138可以被统称为外延层150。外延层150可以类似于以上结合图1描述的外延层1011，并且可以使用类似的方法形成。
现在参考图1H，示出了图示在第二半导体层138上形成公共接触层140的截面图。公共接触层140可以由毯状透明导体组成。在示例中，公共接触层140可以由诸如氧化铟锡（ITO）之类的透明导电氧化物（TCO）组成。可以使用常规沉积技术来形成公共接触层140，诸如例如CVD、PECVD、MOCVD、ALD、蒸发、反应溅射、化学溶液沉积、旋涂沉积或其它类似过程。取决于第一半导体层134和第二半导体层138的布置，公共接触层140可以是n型接触或可以是p型接触。
现在参考图1I，示出了图示沟槽142的形成的截面图。沟槽142可以将一个嵌入式晶体管124与另一个嵌入式晶体管分隔。沟槽142可以延伸穿过衬底120的整个厚度、光学隔离层122的整个厚度以及第一半导体层134的一部分。沟槽142可以限定像素111中的一个或多个。
在示例中，可以通过刻蚀穿过衬底120的整个厚度、光学隔离层122的整个厚度以及第一半导体层134的至少一部分来形成沟槽142。可以使用常规蚀刻过程（诸如例如湿法蚀刻、等离子体蚀刻和反应离子蚀刻（RIE））来形成沟槽142。
现在参考图1J，示出了图示在公共接触层140上形成波长转换层144的截面图。波长转换层144可以由元素磷或其化合物组成。波长转换层144可以使用常规沉积技术形成，诸如例如CVD、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、MOCVD、原子层沉积（ALD）、蒸发、反应溅射、化学溶液沉积、旋涂沉积或其它类似过程。波长转换层144可以包含一种或多种磷光体。磷光体是发光材料，其可以吸收激发能量（通常是辐射能量），并且然后作为与初始激发能量不同的能量的辐射来发射所吸收的能量。磷光体可以具有接近100％的量子效率，意味着作为激发能量提供的几乎所有光子都可以被磷光体重新发射。磷光体也可以是高度吸收性的。因为发光有源区域136可以将光直接发射到高度高效、高度吸收性的波长转换层144中，所以磷光体可以从器件高效地提取光。在波长转换层144中使用的磷光体可以包括但不限于任何常规的发射绿色、黄色和红色的磷光体。
波长转换层144可以通过在公共接触层140上沉积磷光体的粒子来形成。磷光体粒子可以与公共接触层140直接接触，使得从有源区域136发射的光可以直接耦合到磷光体粒子。尽管在图1J中未示出，但是可以提供光学耦合介质以将磷光体粒子保持在适当位置。可以选择光学耦合介质以具有尽可能接近的折射率，而不会显著超过第一半导体层134的折射率。为了最高效的操作，可以在第一半导体层134、波长转换层144的磷光体粒子和光学耦合介质之间包括无损耗介质。
磷光体粒子可以具有在0.1μm和20μm之间的粒子尺寸。可以通过例如电泳沉积、旋涂、喷涂、丝网印刷或其它印刷技术来施加磷光体粒子以形成波长转换层144。在诸如旋涂或喷涂之类的技术中，可以将磷光体设置于具有有机粘合剂的浆料中，然后可以在浆料的沉积之后通过例如加热使有机粘合剂蒸发。可选地，然后可以施加光学耦合介质。磷光体颗粒可以是纳米颗粒本身（即，尺寸范围从100 nm至1000 nm的颗粒）。可以施加典型地通过喷雾热解方法或其它方法产生的球形磷光体颗粒，从而得到具有高封装密度的层，其提供有利的散射性质。同样，磷光体颗粒可以例如涂覆有带隙大于磷光体发射的光的材料，诸如SiO2、Al2O3、MePO4或-聚磷酸盐、或其它合适的金属氧化物。
波长转换层144可以是陶瓷磷光体，而不是磷光体粉末。可以通过在高压下加热粉末磷光体直到磷光体颗粒的表面开始软化和熔化来形成陶瓷磷光体。部分熔化的颗粒可以粘在一起以形成颗粒的刚性凝聚物。预先形成的“生坯”的单轴或等静压步骤和真空烧结对于形成多晶陶瓷层可能是必需的。通过调节磷光体材料的合适的晶格、所使用的磷光体颗粒前体、制造方法和加热或加压条件，可以将陶瓷磷光体的半透明性（即，其产生的散射量）从高不透明性控制为高透明性。除了磷光体之外，还可以包括其它陶瓷形成材料（诸如氧化铝），例如以促进陶瓷的形成或调节陶瓷的折射率。
波长转换层144可以由硅树脂和磷光体颗粒的混合物组成。在该示例中，可以从板切割波长转换层144并将其放置在公共接触层140上。应当注意，尽管波长转换层144被示为连续层，但是该组分可以在每个像素111上方变化。在另一示例中，波长转换层144可以由一个或多个隔离结构分隔，使得每个像素111具有分立的波长转换层144。应当注意，波长转换层144的形成是可选步骤，并且波长转换层可以不存在于最终结构中。
现在参考图1K，示出了图示形成沟槽142的另一示例的截面图。沟槽142可以将一个嵌入式晶体管124与另一个嵌入式晶体管124分隔。沟槽142可以延伸穿过衬底120的整个厚度、光学隔离层122的整个厚度、第一半导体层134的整个厚度、有源区域136的整个厚度以及第二半导体层138的一部分。沟槽142可以限定像素111中的一个或多个。沟槽142可以使用常规蚀刻过程形成，诸如例如湿法蚀刻、等离子体蚀刻和反应离子蚀刻（RIE）。
现在参考图1L，示出了图示在公共接触层140上形成波长转换层144的截面图。波长转换层144可以类似于参考图1J描述的波长转换层144，并且可以使用类似的方法形成。
现在参考图1M，示出了图示形成沟槽142的另一示例的截面图。沟槽142可以将一个嵌入式晶体管124与另一个嵌入式晶体管124分隔。沟槽142可以延伸穿过衬底120的整个厚度、光学隔离层122的整个厚度、第一半导体层134的整个厚度、有源区域136的整个厚度、第二半导体层138的整个厚度以及公共接触层140的整个厚度。沟槽142可以限定像素111中的一个或多个。沟槽142可以使用常规蚀刻过程形成，诸如例如湿法蚀刻、等离子体蚀刻和反应离子蚀刻（RIE）。波长转换层144可以形成在沟槽142上方。
现在参考图1N，示出了图示形成沟槽142的另一示例的截面图。沟槽142可以将一个嵌入式晶体管124与另一个嵌入式晶体管124分隔。沟槽142可以延伸穿过衬底120的整个厚度、光学隔离层122的整个厚度、第一半导体层134的整个厚度、有源区域136的整个厚度、第二半导体层138的整个厚度以及公共接触层140的整个厚度。沟槽142可以限定像素111中的一个或多个。沟槽142可以使用常规蚀刻过程形成，诸如例如湿法蚀刻、等离子体蚀刻和反应离子蚀刻（RIE）。
现在参考图1O，示出了图示在图1N的沟槽内形成接触部146的截面图。接触部146可以类似于上面参考图1B描述的n型接触部1040，并且可以使用类似的方法形成。一个或多个钝化层148可以将接触部146与外延层150完全或部分分隔。一个或多个钝化层148可以类似于上面参考图1B描述的一个或多个钝化层1019，并且可以使用类似的方法形成。
现在参考图1P，示出了图示形成器件的方法的流程图。在步骤152中，可以在衬底的第一区域和衬底的第二区域之间形成沟槽。第一区域可以包括第一嵌入式晶体管，并且第二区域可以包括第二嵌入式晶体管。在步骤154中，可以穿过形成在衬底上的半导体层的至少一部分来形成沟槽。在可选步骤156中，可以穿过衬底和外延层之间的光学隔离层形成沟槽。在可选步骤158中，可以穿过第一半导体层的整个厚度、有源区域的整个厚度以及第二半导体层的一部分来形成沟槽。
图2A是在一个实施例中电子板的俯视图，该电子板具有在LED器件附接区域318处附接到衬底的LED阵列410。电子板与LED阵列410一起表示LED系统400A。另外，功率模块312接收在Vin 497处输入的电压并且通过迹线418B接收来自连接与控制模块316的控制信号，以及通过迹线418A向LED阵列410提供驱动信号。经由来自功率模块312的驱动信号来接通和断开LED阵列410。在图2A中所示的实施例中，连接与控制模块316通过迹线418C从传感器模块314接收传感器信号。
图2B图示了具有安装在电路板499的两个表面上的电子部件的双沟道集成LED照明系统的一个实施例。如图2B中所示，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的连接与控制模块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。在可替代的实施例中，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器件。在示例实施例中，组A的LED器件电耦合到第一沟道411A，并且组B的LED器件电耦合到第二沟道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中的相应组LED A和B。LED组之一中的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。通过控制由各个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，可以在一范围内对由LED阵列410发射的光的复合色点的控制进行调谐。尽管图2B中所示的实施例不包括传感器模块（如图2A中所描述的)，但是可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器件板上。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或敷金属（未示出））而电耦合，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通板互连（诸如过孔和敷金属（未示出））而电耦合。
根据实施例，可以提供LED系统，其中LED阵列在与驱动器与控制电路分离的电子器件板上。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器件板上的一些电子器件。例如，LED系统可以包括位于与LED阵列分离的电子器件板上的LED模块以及功率转换模块。
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校准与设置数据，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目的LED组。每组内的各个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2C示出了示例车辆头灯系统300，包括包含数据总线304的车辆电源302。传感器模块307可以连接至数据总线304，以提供与环境状况（例如，环境光状况、温度、时间、雨水、雾等）、车辆状况（停车、行驶、速度、方向）、其它车辆、行人、物体等的存在/位置相关的数据。传感器模块307可以与图2A的传感器模块314类似或相同。AC/DC转换器305可以连接到车辆电源302。
图2C的AC/DC转换器312可以与图2B的AC/DC转换器412相同或类似，并且可以从车辆电源302接收AC功率。如图2B中针对AC-DC转换器412描述的，它可以将AC功率转换为DC功率。车辆头灯系统300可以包括有源头灯330，其接收由AC/DC转换器305、连接与控制模块306和/或传感器模块307提供或者基于它们所提供的一个或多个输入。作为示例，传感器模块307可以检测行人的存在，使得行人不被充分照亮，这可以减小驾驶员看见行人的可能性。基于这样的传感器输入，连接与控制模块306可以使用从AC/DC转换器305提供的功率将数据输出到有源头灯330，使得输出数据激活有源头灯330内包含的LED阵列中的LED的子集。当被激活时，LED阵列中的LED的子集可以在其中传感器模块307感测到行人的存在的方向上发射光。在传感器模块207提供确认行人不再处于包括车辆头灯系统的车辆的路径中的更新数据之后，可以去激活LED的这些子集或者可以以其它方式修改它们的光束方向。
图3示出了示例系统550，其包括应用平台560、LED系统552和556以及光学器件554和558。LED系统552产生在箭头561a和561b之间示出的光束561。LED系统556可以产生箭头562a和562b之间的光束562。在图3中示出的实施例中，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554。在可替代的实施例中，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是边缘照亮的，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可以插入在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（边缘照亮的光导）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周线布置。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座接收由LED生成的热量并且消散所接收的热量。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2A中示出的LED系统400A和图2C中示出的车辆头灯系统300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可以通过经由线路565的功率总线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针对LED系统552和LED系统556的操作提供输入信号，该输入可以基于用户输入/偏好、所感测的读数、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。可替代地或附加地，如图2A的LED系统400中所示出的，每个LED系统552和556可以包括其自身的传感器模块、连接与控制模块、功率模块和/或LED器件。
在实施例中，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，这可以基于物理项目或实体的检测来对检测和后续动作排优先级。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）来收集数据，以及基于所发射的光学信号来收集数据。可以通过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数据。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）来发射射束。一个或多个传感器可以感测对所发射的射束或任何其它适用的输入的响应。
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，或者仅照射道路的所选区段。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要求照射的场景的部分（道路、人行横道等）的传感器（例如，类似于图2A的传感器模块314和图2C的307）。
已经详细描述了实施例，本领域技术人员将认识到，给定本说明书，在不脱离本发明构思的精神的情况下，可以对本文中所描述的实施例做出修改。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。

Claims (20)

1.一种器件，包括：
衬底上的外延层；
在所述衬底的第一区域中的第一嵌入式晶体管；以及
以及在所述衬底的第二区域中的第二嵌入式晶体管，所述第一区域和所述第二区域由延伸穿过所述外延层的至少一部分的沟槽分隔。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一嵌入式晶体管耦合到第一发光二极管（LED），并且所述第二嵌入式晶体管耦合到第二LED。
3.根据权利要求1所述的器件，还包括：
在所述外延层和所述衬底的第一区域之间的第一光学隔离层；以及
在所述外延层和所述衬底的第二区域之间的第二光学隔离层。
4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述外延层包括：
第一半导体层；
所述第一半导体层上的有源区域；以及
所述有源区域上的第二半导体层。
5.根据权利要求4所述的器件，其中，所述沟槽延伸穿过所述第一半导体层的一部分。
6.根据权利要求4所述的器件，其中，所述沟槽延伸穿过所述第一半导体层的整个厚度、所述有源区域的整个厚度以及所述第二半导体层的一部分。
7.根据权利要求1所述的器件，还包括：
所述外延层上的公共接触层。
8.根据权利要求7所述的器件，其中，所述沟槽延伸穿过所述外延层的整个厚度和所述公共接触层的整个厚度。
9.根据权利要求8所述的器件，还包括：
所述沟槽中的接触部；以及
在所述接触部与所述衬底和所述外延层的至少一部分之间的钝化层。
10.根据权利要求7所述的器件，还包括：
在所述公共接触层上的波长转换层。
11.一种LED阵列，包括：
衬底上的第一LED，所述第一LED耦合到所述衬底的第一区域中的第一嵌入式晶体管；以及
所述衬底上的第二LED，所述第二LED耦合到所述衬底的第二区域中的第二嵌入式晶体管，所述第一区域和所述第二区域由延伸穿过所述衬底上的第一半导体层的至少一部分的沟槽分隔。
12.根据权利要求11所述的LED阵列，还包括：
在所述第一半导体层和所述衬底的第一区域之间的第一光学隔离层；以及
在所述第一半导体层和所述衬底的第二区域之间的第二光学隔离层。
13.根据权利要求12所述的LED阵列，其中，所述第一LED和所述第二LED包括：
在所述第一光学隔离层和所述第二光学隔离层上的所述第一半导体层；
所述第一半导体层上的有源区域；以及
所述有源区域上的第二半导体层。
14.根据权利要求13所述的LED阵列，其中，所述沟槽延伸穿过所述第一半导体层的整个厚度、所述有源区域的整个厚度以及所述第二半导体层的一部分。
15.根据权利要求11所述的LED阵列，还包括：
所述第一LED和所述第二LED上的公共接触层。
16.一种形成器件的方法，所述方法包括：
在包括第一嵌入式晶体管的衬底的第一区域与包括第二嵌入式晶体管的衬底的第二区域之间形成沟槽，所述沟槽延伸穿过所述衬底上的外延层的至少一部分。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
穿过所述衬底和所述外延层之间的光学隔离层形成所述沟槽。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一嵌入式晶体管耦合到第一LED，并且所述第二嵌入式晶体管耦合到第二LED。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一LED和所述第二LED包括：
第一半导体层；
所述第一半导体层上的有源区域；以及
所述有源区域上的第二半导体层。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
穿过所述第一半导体层的整个厚度、所述有源区域的整个厚度以及所述第二半导体层的一部分形成所述沟槽。
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