CN113451349B - 光源组件、光传感器组件及制造其单元的方法 - Google Patents

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Abstract

一种光源组件包括多个单元及驱动电路。所述单元当中的每一者包括：晶体管，包括汲区；及光源，其中所述晶体管的所述汲区用作所述光源的阴极。所述驱动电路配置来驱动所述单元。

Description

光源组件、光传感器组件及制造其单元的方法
技术领域
本申请要求于2020年03月27日提交的美国专利申请号16/831,840及2020年08月28日提交的美国专利申请号17/005,343的优先权，其通过引用并入本文，并且成为说明书的一部分。
本公开涉及光源组件，尤其涉及具备晶体管的光源组件。
背景技术
一种发光二极管(light-emitting diode,LED)组件，包括多个发光二极管单元和驱动电路。每个发光二极管单元包括发光二极管和晶体管。该发光二极管包括p型半导体层，连接到该p型半导体层的p型发光二极管电极(或阳极端子)，n型半导体层和连接到n型半导体层的n型发光二极管电极(或阴极端子)。驱动电路被配置为驱动发光二极管单元，例如以控制发光二极管的开-关状态和亮度。传统的LED尺寸大且制造工艺复杂。
发明内容
本公开的一个方面提供了一种光源组件，包括多个单元，每个所述单元包括晶体管、光源、和驱动电路。所述晶体管包括用作所述光源的阴极的汲区。所述驱动电路被配置为驱动所述单元。
本公开的一个方面提供了一种光传感器单元，包括晶体管，在基板上且包括汲区；光源，在所述基板上且耦合于所述晶体管，并配置来发光，其中所述晶体管的所述汲区用作所述光源的阴极；及光传感器，在所述基板上且配置来检测所述光线。
本公开的一个方面提供了一种制造光传感器组件的光传感器单元的方法，包括：在基板上方形成光源；以及在形成所述光源之后，在基板上方形成光传感器。
综上所述，本公开的光源组件具有相对紧凑的尺寸并且制造相对简单。
附图说明
为可仔细理解本案以上记载之特征，参照实施态样可提供简述如上之本案的更特定描述，一些实施态样系说明于随附图式中。然而，要注意的是，随附图式仅说明本案的典型实施态样并且因此不被视为限制本案的范围，因为本案可承认其他等效实施态样。
图1是示出根据本公开的一些实施例的示例性发光二极管组件的示意图；
图2是示出根据本公开的一些实施例的制造发光二极管组件的发光二极管单元的示例性方法的流程图；
图3-28是示出根据本公开的一些实施例的发光二极管单元的制造中的各个阶段的示意性截面图；
图29是示出根据本公开的一些实施例的示例性光传感器组件的示意图；
图30是示出根据本公开的一些实施例的制造光传感器组件的光传感器单元的示例性方法的流程图；
图31-58是示出根据本公开的一些实施例的光传感器单元的制造中的各个阶段的示意性截面图；和
图59-61是示出根据本公开的一些实施例的示例性光传感器单元的示意性截面图。
然而，应当注意，附图仅示出了本公开的示例性实施例，并且因此不应被认为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他等效的实施例。
应该注意的是，这些附图旨在说明在某些示例实施例中使用的方法，结构和/或材料的一般特性，并补充下面提供的书面描述。然而，这些附图不是按比例绘制的，并且可能不能精确地反映任何给定实施例的精确的结构或性能特征，并且不应被解释为定义或限制示例实施例所涵盖的值或特性的范围。例如，为了清楚起见，可以减小或放大层，区域和/或结构元件的相对厚度和位置。在各个附图中使用相似或相同的附图标记旨在指示相似或相同的元件或特征的存在。
主要元件符号说明
具体实施方式
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开，在附图中示出了本公开的示例性实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文阐述的示例性实施例。相反，提供这些示例性实施例使得本公开将是透彻和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。贯穿全文，相似的参考标号指代相似的元件。
本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不意图限制本公开。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“所述”旨在也包括复数形式。此外，当在本文中使用时，“包括”和/或“包含”或“包括”和/或“包括”或“具有”和/或“具有”，整数，步骤，操作，组件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，区域，整数，步骤，操作，组件，组件和/或其群组。
除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。此外，除非文中明确定义，诸如在通用字典中定义的那些术语应所述被解释为具有与其在相关技术和本公开内容中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的含义。
本文描述的系统和方法包括发光二极管(light-emitting diode,LED)组件，例如图1中的LED组件100，其包括发光二极管单元(LED单元)，例如LED单元110。LED单元110包括发光二极管(LED)，例如，LED 140和晶体管，例如晶体管150。在一个实施例中，晶体管150包括汲极端子(例如，汲极端子180)，其用作(serve as)LED 140的阴极端子或n型LED电极。因此，在这样的实施例中，LED 140不具有(free of)阴极端子或n型LED电极。图1是示出根据本公开的一些实施例的示例性LED组件100的示意图。
更详细地，图1的示例包括多个LED单元，例如LED单元110，行解码器120a，列解码器120b和驱动电路130。如图1所示，LED单元以行和列的阵列布置。由于所述多个LED单元在结构和操作上相似，故以下仅描述LED单元110。LED单元110包括LED 140和晶体管150。LED140包括阳极端子160或p型LED电极，其被配置为接收电源电压(Vcc)。晶体管150包括源极端子170，其被配置为接收小于电源电压(Vcc)的参考电压(例如，0V)。在一个实施例中，晶体管150还包括汲极端子180，其用作LED 140的阴极端子或n型LED电极。因此，在这样的实施例中，LED 140不具有(freeof)阴极端子或n型LED电极。
所述行、列解码器120a，120b连接到所述多个LED单元，并且被配置来选取所述多个LED单元的其中一者，例如LED单元110。驱动电路130连接到行、列解码器120a，120b，并且被配置来驱动，即控制由行、列解码器120a，120b所选取的LED单元110的LED 140的开/关状态和亮度。
在LED组件100的示例性操作中，在初始状态下，例如0V的栅极电压(Vg)被施加到晶体管150的栅极端子190。这使晶体管150在关状态，从而断开晶体管150的汲极端子180与例如地(ground)的连接。结果，LED 140被关闭。当欲打开LED 140时，将栅极电压(Vg)(例如，基本上等于LED 140的阳极端子160或p型发光二极管电极(p型LED电极)处的电源电压(Vcc)施加到晶体管150的栅极端子190。这使晶体管150导通，从而使晶体管150的汲极端子180接地。结果，LED 140被打开而发光。
图2示出了根据本公开的一些实施例的制造LED组件(例如，LED组件100)的LED单元(例如，图1中的LED单元110)的示例性方法200的流程图。方法200开始于框210，其中，在基板上方形成LED单元110的LED，例如LED 140。方法200继续到框220，其中，在所述基板上方形成LED单元110的晶体管，例如晶体管150。将如下所述，在一实施例中，晶体管150包括的汲极端子180，其用作LED 140的阴极端子或n型LED电极。因此，在这样的实施例中，LED140不具有阴极端子或n型LED电极。
图3-28是示出根据本公开的一些实施例的LED组件(例如，LED组件100)的LED单元(例如，图1中的LED单元110)的制造的各个阶段的示意性截面图。
图3是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造的阶段的示意性截面图。图3示出了在基板310的顶表面上提供图案化的介电层320之后的结构。基板310可以是半导体基板，例如，块状半导体基板(bulk semiconductor substrate)、绝缘体上半导体(SOI)基板、多层或梯度基板等。基板310可以是掺杂的或未掺杂的，并且包括半导体材料，诸如包括Si、Ge的元素的半导体，包括SiGe、SiC、GaAs、GaP、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、InAs、GaInP、InP、InSb、GaInAsP的化合物或合金半导体等。在该示例性实施例中，基板310是块状硅基板，并且基板310的顶表面具有(100)小平面(facet)。
在一些实施例中，在基板310中形成有井区。在基板310中形成井区可以包括：在基板310上方沉积掩模层；图案化所述掩模层以暴露一部分基板310；在基板310的被所述掩模层暴露的部分中植入杂质；移除掩模层，例如通过湿法或干法蚀刻工艺或其组合。
介电层320可以通过氧化基板310的顶表面来形成，例如通过热氧化，化学氧化，任何合适的氧化工艺或其组合来形成。在替代实施例中，介电层320是通过在基板310的顶表面上沉积介电材料而形成的，例如通过化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition,PVD)、原子层沉积(Atomic layerdeposition,ALD)、其变体/衍生物、任何合适的沉积技术或其组合来形成。介电层320的材料的例子包括但不限于SiO2、SiN、SiON、SiCN和SiOCN。介电层320可以具有小于大约100nm的厚度。可以使用例如电子束光刻来对介电层320进行图案化。
图4是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制作中的另一阶段的示意性截面图。图4示出了在基板310中形成孔410之后的结构。孔410通过湿法或干法蚀刻工艺，例如，反应离子蚀刻(reactive-ion etching,RIE)，中性束蚀刻(neutral beam etching,NBE)及其近似或组合之工艺，并使用介电层320作为掩模来形成。
如图4所示，孔410具有大致呈矩形的横截面，并且由孔限定壁420限定，该孔限定壁420包括壁表面430和底表面440。壁表面430从底部表面440的周边向上延伸，并且基本垂直于基板310的顶部表面。在示例性实施例中，孔410具有深度，即孔限定壁420的壁表面430具有高度(h)，约100nm至约700nm，例如约500nm。在这样的示例性实施例中，孔界定壁420的底表面440具有约100nm至约700nm，例如500nm的宽度(w)。
图5是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图5示出了基板在孔限定壁420的壁表面430和底表面440上形成阻挡层510之后的结构。可以使用CVD、PVD、ALD、其变体，例如，等离子体增强CVD(plasma enhanced CVD,PECVD)、高密度等离子体CVD(high density plasma CVD,HDP-CVD)、可流动CVD(flowable CVD,FCVD)、任何合适的沉积技术或其组合形成阻挡层510。阻挡层510可以包括诸如SiN、SiCN、SiON、SiOCN等的基于氮化物的材料，或者诸如SiO2的基于氧化物的材料。在一些实施例中，阻挡层510的厚度为约100nm至约300nm，例如200nm。在其他实施例中，阻挡层510具有约150nm至约250nm，例如200nm的厚度。
图6是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图6示出了在移除孔限定壁420的底表面440上的阻挡层510之后，暴露出孔限定壁420的底表面440的结构。在一些实施例中，孔限定壁420的底表面440上的阻挡层510可以使用感应耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)蚀刻工艺，RIE工艺，任何合适的干蚀刻工艺或它们的组合来移除。在其他实施例中，通过湿蚀刻工艺或湿蚀刻工艺和干蚀刻工艺的组合来移除孔界定壁420的底表面440上的阻挡层510。
图7是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图7示出了在基板310中形成凹槽710之后的结构。通过使用壁表面430上的阻挡层510作为掩模，蚀刻底表面(在图6中被标记为440)来形成凹槽710。在一些实施例中，使用湿蚀刻工艺来蚀刻底表面440。在这样的一些实施例中，使用被加热到大约70℃至大约90℃，例如80℃，的刻蚀溶液，例如KOH执行湿刻蚀工艺，持续大约100秒至大约120秒例如大约110秒。在其他实施例中，可以使用干蚀刻工艺或湿蚀刻工艺和干蚀刻工艺的组合来蚀刻底表面440。
如图7所示，凹槽710具有大致呈三角形的横截面，并且由凹槽限定壁720限定。凹槽限定壁720朝着基板310的底表面逐渐变窄并且包括相反的倾斜表面，每个倾斜表面具有(111)小平面。
图8是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图8示出了使用ICP蚀刻工艺，RIE工艺，任何合适的干蚀刻工艺或其组合移除了壁表面430上的阻挡层510之后的结构。在替代实施例中，通过湿蚀刻工艺或湿蚀刻工艺和干蚀刻工艺的组合来移除壁表面430上的阻挡层510。
图9是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图9示出了在凹槽限定壁720上形成缓冲层910之后的结构。缓冲层910可以具有约100nm至约500nm，例如约200nm的厚度。缓冲层910的材料的示例包括但不限于AlN、TiN、TaN、HfN和ZrN。可以使用CVD、PVD、ALD、其变体，诸如金属有机CVD(metal organic CVD,MOCVD)之类的任何合适的沉积技术或其组合来形成缓冲层910。
图10是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图10示出了在缓冲层910上方形成LED单元110的LED(例如，LED 140)的第一发光二极管层(第一LED层)1010之后的结构。在该示例性实施例中，第一LED层1010的形成包括：在缓冲层910上生长III-V族化合物半导体；用n型杂质注入所述III-V族化合物半导体；并且用硅等掺杂剂掺杂所述III-V族化合物半导体。
第一LED层1010被生长，使得III-V族化合物半导体，例如GaN，从六方(hexagonal)III-V族化合物半导体，例如h-GaN，即在第一LED的下部1020，过渡成立方(cubic)III-V化合物半导体，例如c-GaN，即在第一LED层1010的上部1030。第一LED层1010的上部1030，即立方III-V化合物半导体，包括具有小平面例如为(100)的顶面，与基板310的顶面的小平面相同。
尽管第一LED层1010的III-V化合物半导体被例示为GaN，但是第一LED层1010的III-V化合物半导体可以包括InP、InAs、GaAs、InSb或两种或更多的III-V族化合物半导体的任何合适的合金。
图11是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图11示出了在第一LED层1010上形成LED 140的发光层(light-generating layer)1110之后的结构。在一些实施例中，发光层1110包括单量子井(single quantum well,SQW)。在其他实施例中，发光层1110包括多量子井(multiple quantum well,MQW)。在这样的其他实施例中，发光层1110可以包括多个交替的井层，例如GaN，以及阻挡层，例如AlGaN。可以使用CVD、PVD、ALD，其变体，诸如MOCVD、任何合适的沉积技术或其组合来在第一LED层1010上生长发光层1110。
图12是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图12示出了在发光层1110上形成LED 140的第二发光二极管层(第二LED层)1210之后的结构。在该示例性实施例中，第二LED层1210的形成包括在发光层1110上形成III-V族的化合物半导体，例如GaN，并向III-V族化合物半导体注入p型杂质。在一些实施例中，第二LED层1210包括GaN。在其他实施例中，第二LED层1210包括InP、InAs、GaAs、InSb或两种或更多种III-V族化合物半导体的任何合适的合金。第二LED层1210可以具有约100nm至约500nm，例如约150nm的厚度。
图13是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图13示出了在第二LED层1210上形成电流扩散层(current spreading layer)1310之后的结构。在该示例性实施例中，电流扩散层1310的形成包括：图12的结构上方沉积光阻层(photoresist layer)；图案化所述光阻层以暴露第二LED层1210的顶表面；在被所述光阻层暴露的第二LED层1210的顶表面上沉积透明导电层(transparent conductive layer,TCL)；以及移除光阻层。TCL的材料示例包括但不限于Ni、Au、Ag、Pt和Pd、金属氧化物，例如InZnO(IZO)、InO、ZnO、InSnO(ITO)、SnO、SbSnO(ATO)、SbO，SbZnO(AZO)、CdSnO(CTO)和CdO、以及金属氮化物，例如TiN、WN和TiWN。电流扩散层1310可以具有大约10nm至大约100nm的厚度。
图14是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图14示出了在图13的结构上形成保护层1410之后的结构。用于保护层1410的材料的例子包括但不限于SiO2、SiN、SiON、SiCN和SiOCN。如在下文中将显而易见的，保护层1410被配置为在后续的形成LED单元110的晶体管(例如，晶体管150)的工艺期间防止LED 140受损。
图15是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图15示出了移除了与第一LED层1010的第一侧壁1510相邻的在基板310的顶表面上的层1410、320之后的结构，诸如通过湿法或干法蚀刻工艺或它们的组合。如图15所示，剩余的层320、1410是在邻近与第一LED层1010的第一侧壁1510相反的第二侧壁1520的基板310的顶表面上。
图16是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图16示出了在由层320、1410暴露的基板310的顶表面上形成晶体管150的栅极介电质(gate dielectric)1610之后的结构。栅极介电质1610可以包括介电常数为大约4的介电材料，例如SiO2，至约8，例如SiN。或者，栅极介电质1610可以包括介电常数大于大约8的更高介电常数介电质材料。这种更高介电常数介电质材料可以包括但不限于HfO、HfSiO、HfZrO、TaO、ZrO、ZrSiO、LaO、AlO、TiO、YO、SrTO(STO)、BaTiO(BTO)、BaSnTn(BST)、BaZrO、HfZrO、HfLaO、LaSiO、AlSiO、HfTaO、HfTiO和PbZrTn(PZT)。
图17是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图17示出了移除基板310的与第一LED层1010的第一侧壁1510相邻的顶表面上的层320、1410之后的结构，诸如通过湿法或干法蚀刻工艺或它们的组合。
图18是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图18示出了在栅极介电质1610上方形成栅电极(gate electrode)1810之后的结构。栅电极1810的形成可以通过使用CVD、PVD、ALD、其变体、任何合适的沉积技术或其组合来在栅极介电质1610的顶表面上沉积栅极材料(gate material)，然后通过使用化学机械平坦化(chemical mechanical planarizing,CMP)技术来平坦化所述沉积的栅极材料。在一些实施例中，栅电极1810包括多晶硅。在其他实施例中，栅电极1810包括金属层。栅电极1810的材料的示例包括但不限于Ti、TiN、TiAl、Al、AlN、Ta、TaN、TaC、TaCN、TaSiN和TaSi。
在某些实施例中，栅电极1810包括金属层和功函数金属层(work function metallayer)，例如，衬层(liner layer)、润湿层(wetting layer)、黏附层(adhesion layer)、金属合金和金属硅化物。栅极介电质1610和栅电极1810构成栅极结构1820。如图18所示，栅极结构1820具有相反的第一和第二侧壁1830、1840。在一些实施例中，栅极结构1820的第二侧壁1840和第一LED层1010的第一侧壁1510之间的距离可以小于50nm，例如30nm。在其他实施例中，栅极结构1820的第二侧壁1840与第一LED层1010的第一侧壁1510之间的距离可以小于20nm，例如10nm。
图19是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图19示出了分别在栅极结构1820的第一和第二侧壁1830、1840附近形成源区和汲区1910、1920之后的结构。在该示例性实施例中，通过使用栅极结构1820作为掩模，在基板310中植入n型掺杂剂来形成源区1910和汲区1920，从而在其间形成p型沟道1930。用于n型掺杂剂的材料的示例包括但不限于P、As和Sb。
源区和汲区1910、1920被例示为植入的源区和汲区，但是在替代实施例中，源区和汲区可以是抬升式源区和汲区(raised source and drain regions)。在这样的替代实施例中，抬升式源区和汲区的形成包括：蚀刻基板310以在其中形成沟槽；使用CVD、PVD、ALD、其变体(例如，MOCVD)、任何合适的沉积技术或其组合在基板310中的沟槽中生长磊晶层(epitaxial layer)；在所述磊晶层上掺杂n型杂质。源和汲区1910、1920中的每个可以包括Si、SiC、SiCP或其近似物。
图20是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图20示出了移除层(在图19中标记为320、1410)之后的结构，例如通过湿法或干法蚀刻工艺。
图21是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图21示出了钝化层2110形成在图20的结构上之后的结构。钝化层2110的材料的示例包括但不限于SiO2、SiN、SiON、SiCN和SiOCN。可以使用CVD、PVD、ALD、其变体，例如PECVD、任何合适的沉积技术或它们的组合来形成钝化层2110。
图22是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图22示出了在所述晶体管150及LED140上形成源电极(source electrode)2210和LED电极(LED electrode)2220之后的结构。如图22所示，源电极2210穿过钝化层2110延伸至源区1910。LED电极2220穿过钝化层2110延伸到电流扩散层1310。第一和第二LED层1010、1210，发光层1110，电流扩散层1310和LED电极2220构成LED 140。栅极结构1820，源和汲区1910、1920，沟道1930以及源电极2210构成晶体管150。在一替代实施例中，所述LED电极2220穿过所述钝化层2110及所述电流扩散层1310延伸到所述第二LED层1210。
在该示例性实施例中，电极2210、2220的形成同时进行。电极2210、2220的材料的示例包括但不限于Al、Ag、Cu、Au、Cr、Ti、任何合适的金属或其合金。在一些实施例中，电极2210、2220使用CVD、PVD、ALD、其变体、任何合适的沉积技术或其组合来形成。如图22所示，如此形成的LED单元110包括基板310、缓冲层910、LED140、晶体管150和钝化层2110。基板310可以是半导体基板，例如块状半导体基板、绝缘体上半导体(SOI)基板、多层或梯度基板等。基板310可以包括半导体材料，例如包括Si、Ge的元素的半导体，包括SiGe、SiC、GaAs、GaP、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、InAs、GaInP、InP、InSb、GaInAsP的化合物或合金半导体等等。基板310可以是掺杂的或未掺杂的。在该示例性实施例中，基板310是体硅基板，并且包括具有(100)小平面的顶表面。
缓冲层910形成在基板310中。缓冲层910的厚度可以为大约100nm至大约500nm，例如大约200nm。缓冲层910的材料的示例包括但不限于AlN、GaN、TiN、TaN、HfN和ZrN。
LED 140包括第一和第二LED层1010、1210、发光层1110、电流扩散层1310和LED电极2220。第一LED层1010穿过基板310的顶表面延伸到缓冲层910，并具有下部1020和上部1030。第一LED层1010的下部1020具有基本三角形的横截面，朝向基板310的底表面逐渐变窄，并且包括相反的倾斜表面，每个倾斜表面都有(111)小平面。在该示例性实施例中，第一LED层1010的下部1020是六角形III-V族化合物半导体，例如，h-GaN。
第一LED层1010的上部1030具有基本矩形的横截面，并且包括基本垂直于基板310的顶表面的相反的第一和第二侧壁1510、1520。在该示例性实施例中，第一LED层1010的上部1030是立方III-V族化合物半导体，例如，c-GaN，其顶表面具有例如为(100)的小平面，与基板310的顶面的小平面相同。
尽管第一LED层1010示例为GaN，但是第一LED层1010可以包括InP，InAs，GaAs，InSb或两个或多个III-V化合物半导体的任何合适合金。
发光层1110在第一和第二LED层1010、1210之间。在一些实施例中，发光层1110覆盖第一LED层1010的顶表面的相反(opposite)的多个端部。在其他实施例中，发光层1110覆盖第一LED层1010的顶表面的相反的多个端部以及第一LED层1010的顶表面的所述相反的多个端部之间的中间部分。在这样的其他实施例中，发光层1110可以覆盖第一LED层1010的整个顶表面。
在一个实施例中，发光层1110包括单量子井(SQW)。在替代实施例中，发光层1110包括多量子井(MQW)。在这样的替代实施例中，发光层1110可以包括多个交替的亮度层(例如，GaN)和阻挡层(例如，AlGaN)。
在一些实施例中，第二LED层1210覆盖第一LED层1010的顶表面的相反的多个端部。在其他实施例中，第二LED层1210覆盖第一LED层的顶表面的相反的多个端部以及第一LED层1010的顶表面的所述相反的多个端部之间的中间部分。在这样的其他实施例中，第二LED层1210可以覆盖第一LED层1010的整个顶表面。在该示例性实施例中，第二LED层1210包括III-V族化合物半导体。在一些实施例中，第二LED层1210包括GaN。在其他实施例中，第二LED层1210包括InP、InAs、GaAs、InSb或两种或更多种III-V族化合物半导体的任何合适的合金。第二LED层1210可以具有约100nm至约500nm，例如约150nm的厚度。
在一些实施例中，电流扩散层1310覆盖第一LED层1010的顶表面的相反的多个端部。在其他实施例中，电流扩散层1310覆盖第一LED层的顶表面的相反的多个端部以及第一LED层1010的顶表面的所述相反的多个端部之间的中间部分。在这样的其他实施例中，电流扩散层1310覆盖第一LED层1010的整个顶表面。
在该示例性实施例中，电流扩散层1310包括TCL。TCL的材料示例包括但不限于Ni，Au，Ag，Pt和Pd，金属氧化物c例如IZO、InO、ZnO、ITO、SnO、ATO、SbO、AZO、CTO和CdO，以及金属氮化物，例如TiN、WN和TiWN。电流扩散层1310可以具有大约10nm至大约100nm的厚度。
LED电极2220形成在电流扩散层1310的顶表面上，即与之连接。LED电极2220的材料示例包括但不限于Al、Ag、Cu、Au、Cr、Ti、任何合适的金属或其合金。在一个替代实施例中，LED电极2220穿过电流扩散层1310延伸到第二LED层1210的顶表面。在这样的替代实施例中，LED电极2220和电流扩散层1310可以覆盖第一LED层1010的整个顶表面。
如图22所示，虽然LED电极(例如LED电极2220)与第二LED层1210是关联于(associated with)或连接到第二LED层1210，但是没有LED电极关联于(associated with)或连接到第一LED层1010。也就是说，在第一LED层1010的顶表面或在第一LED层1010的底表面未形成LED电极。换句话说，第一LED层1010不具有LED电极。
晶体管150包括栅极结构1820，源和汲区1910、1920以及源电极2210。栅极结构1820包括在基板310的顶表面上的栅极介电质1610和在栅极介电质1610的顶面上的栅电极1810。源和汲区1910、1920分别与栅极结构1820的相反的第一和第二侧壁1830、1840相邻。如图22所示，汲区1920形成在，也就是，连接或接触第一LED层1010的第一侧壁1510。
应注意的是，虽然汲区1920连接到或呈现在(present on)第一LED层1010的第一侧壁1510上，但是汲区1920不呈现在与第一LED层1010的第一侧壁1510相反的第二侧壁1520上。换句话说，第一LED层1010的第二侧壁1520不具有(free from)所述汲区1920。也就是说，晶体管150的汲区1920用作LED 140的第一LED层1010的LED电极。
在一些实施例中，所述栅极结构1820的所述第二侧壁1840与所述第一LED层1010的所述第一侧壁1510之间的距离小于50nm，例如30nm。在其他实施例中，所述栅极结构1820的所述第二侧壁1840与所述第一LED层1010的所述第一侧壁1510之间的距离小于20nm，例如10nm。
源电极2210形成在源区1910上，即与其连接。源电极2210的材料的示例包括但不限于Al、Ag、Cu、Au、Cr、Ti、任何合适的金属或其合金。钝化层2110形成在源区1910的顶表面、汲区1920的顶表面和LED140的顶表面上，并且围绕电极2210、2220。钝化层2110的材料的示例包括但不限于限于SiO2、SiN、SiON、SiCN和SiOCN。在该示例性实施例中，钝化层2110覆盖汲区1920的整个顶表面。
如图22所示，虽然源电极(例如，源电极2210)关联于或连接到源区1910，但是不存在关联于或连接到汲区1920的汲电极(drain electrode)。即在汲区1920的顶表面上没有形成汲电极。换句话说，汲区1920不具有(free of)汲电极。
本文所述的晶体管150可以包括附加特征。例如，图23是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图23示出了在分别邻近栅极结构1820的第一侧壁1830和第二侧壁1840形成一对轻掺杂源/汲区2310、2320之后的结构。在该示例性实施例中，通过使用栅极结构1820作为掩模在基板310中植入n型掺杂剂来形成轻掺杂源/汲区2310、2320。用于n型掺杂剂的材料的示例包括但不限于P、As和Sb。
图24是根据本公开的一些实施例的LED单元1010的制造中的另一阶段的示意性截面图。图24标出了在分别在栅极结构1820的第一侧壁1830和第二侧壁1840上形成一对栅间隔物(gate spacers)2410、2420之后的结构。栅间隔物2410、2420中的每一个可以包括多个间隔物层，例如主间隔物层，衬层等。在该示例性实施例中，通过在栅极结构1820上沉积诸如SiO2、SiN、SiC、SiON等的间隔物材料并且使用湿法或干法蚀刻工艺或其组合来回蚀所述沉积的间隔物材料来形成栅间隔物2410、2420。
图25是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图25示出了分别在轻掺杂源/汲区2310、2320附近形成源和汲区2510、2520之后的结构。在该示例性实施例中，通过使用栅极结构1820作为掩模在基板310中植入n型掺杂剂来形成源区2510和汲区2520，从而在其间形成p型沟道2530。用于n型掺杂剂的材料的示例包括但不限于P，As和Sb。
尽管源、汲区2510、2520被例示为植入的源和汲区，但是在替代实施例中，源和汲区可以是抬升式的源和汲区。在这样的替代实施例中，抬升式的源和汲区的形成包括：蚀刻基板310以在其中形成沟槽；在基板310中的沟槽中生长磊晶层；在所述磊晶层上掺杂n型杂质。源和汲区1910、1920中的每个可以包括Si、SiC、SiCP等。
图26是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图26标出了移除层(在图25被标记为320、1410)之后的结构，可通过例如湿法或干法蚀刻工艺或其组合。
图27是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图27标出了在钝化层2710形成在图26的结构上之后的结构。钝化层2710的材料示例包括但不限于SiO2、SiN、SiON、SiCN和SiOCN。可以使用CVD、PVD、ALD、其变体，例如PECVD，任何合适的沉积技术或其组合来形成钝化层2710。
图28是根据本公开的一些实施例的LED单元110的制造中的另一阶段的示意性截面图。图28标出了分别在所述晶体管150及所述LED140上的结构中形成源电极2810和LED电极2820之后的结构。如图28所示，源电极2810穿过钝化层2710延伸至源区2510。LED电极2820穿过钝化层2710延伸到电流扩散层1310。在该示例性实施例中，电极2810、2820的形成同时进行。电极2810、2820的材料的示例包括但不限于Al、Ag、Cu、Au、Cr、Ti、任何合适的金属或其合金。在一些实施例中，电极2810、2820使用CVD、PVD、ALD、其变体、任何合适的沉积技术或其组合来形成。在替代实施例中，LED电极2820穿过钝化层2710和电流扩散层1310延伸到第二LED层1210。
尽管组件100的单元110是以LED为例，但是在替代实施例中，单元可以使用激光、灯、灯泡或任何合适的光源。
图29是示出根据本公开的一些实施例的示例性光传感器组件2900的示意图。如图29所示，光传感器组件2900包括多个光传感器单元，例如光传感器单元2910、行解码器2920、列解码器2930、和驱动电路2940。光学传感器单元布置成多个行和列。由于所述光传感器单元在结构和操作上相似，因此以下仅描述光传感器单元2910。
光传感器单元2910包括光源2950、晶体管2960、和光传感器2970。在该示例性实施例中，光源2950被配置来发射光并且可以包括阳极端子或第一光源电极2950a被配置为接收供应电压(VA)。例如，光源2950是LED，激光器，灯，灯泡或任何合适的光源。
晶体管2960包括源极端子2960a，该源极端子2960a被配置为接收小于电源电压(VA)的参考电压，例如0V。在一个实施例中，晶体管2960还包括汲极端子2960b，其用作阴极端子或光源2950的第二光源电极。因此，在这样的实施例中，光源2950没有(is free of)阴极端子或第二光源电极。
光传感器2970被配置为检测光并产生传感器电流，该传感器电流的量对应于由其所检测到的光量。如图29所示，光传感器2970包括阴极端子或第一光传感器电极2970a被配置为接收电源电压(VB)。例如，光传感器2970是光二极管(photodiode)或任何合适于检测光的传感器。
行和列解码器2920、2930连接到光传感器单元，并且被配置来选择所述光传感器单元当中的一者，例如光传感器单元2910。驱动电路2940连接到行和列解码器2920、2930，并且被配置来驱动，即控制由行和列解码器2920、2930所选择的光传感器单元2910的光源2950的开/关状态和亮度。驱动电路2940还被配置为通过光传感器2970的阳极端子或第二光传感器电极2970b接收由光传感器2970产生的传感器电流，并基于其接收到的电传感器流确定由光传感器2970检测到的光量。
在光传感器组件2900的示例性操作中，在初始状态下，将例如0V的栅极电压施加到晶体管2960的栅极端子2960c。这将使晶体管2960关闭，将晶体管2960的汲极端子2960b与例如地面断开。结果，光源2950被关闭。此时，光源2950不发光。当期望打开光源2950时，例如基本上等于电源电压(Va)的栅极电压被施加到晶体管2960的栅极端子2960c。这接通晶体管2960，使得晶体管2960的汲极端子2960b接地。结果，光源2950被打开，故光源2950发光。此时，光传感器2970检测到光并产生传感器电流。驱动电路2940通过光传感器2950的第二光传感器电极2970b接收传感器电流，并据此确定光量。
尽管本实施例的光传感器组件2900示例为具有多个光传感器单元，但是在替代实施例中，光传感器组件2900可以包括一个光传感器单元。在这样的替代实施例中，光传感器组件2900省去了行和列解码器2920、2930。
图30是示出了制造光传感器组件，例如光传感器组件2900，的光传感器单元(例如，图29中的光传感器单元2910)的示例性方法3000的流程图。方法3000从框3010开始，在框3010中，在基板上形成光传感器单元2910的光源，例如光源2950。方法3000继续到框3020，其中在基板上形成光传感器单元2910的光传感器，例如光传感器2970。如以下将描述的，在一个实施例中，光传感器是在形成光源层之后形成。
图31-58是示意性截面图，其标出了根据本公开的一些实施例的光传感器组件(例如，光传感器组件2900)的光传感器单元(例如，图29中的光传感器单元2910)的制造的各个阶段。
图31是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的阶段的示意性截面图。图3标出了提供基板3110之后的结构，基板3110在其顶表面上包括图案化介电层3120。基板3110可以是半导体基板，例如，体半导体基板，SOI基板，多层或梯度基板等。基板3110可以是掺杂的或未掺杂的，并且包括半导体材料，诸如包括Si、Ge的元素半导体，包括SiGe、SiC，GaAs、GaP、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、InAs、GaInP、InP、InSb、GaInAsP的化合物或合金半导体及其相似物。在该示例性实施例中，基板3110是体硅基板，并且基板3110的顶表面具有(100)小平面。
如图31所示，基板3110包括第一导电类型(例如，p型)的第一井区3130和第二导电类型(例如，n型，相反于第一导电类型)的第二井区3140。例如，第一井区3130和第二井区3140的形成包括：在基板3110上沉积第一掩模层；以及图案化第一掩模层；在基板3110的被第一掩模层暴露的部分中植入诸如B、Ga、Al等的第一导电类型的杂质，从而在其中形成第一井区3130；去除第一掩模层；在基板3110上方沉积第二掩模层；图案化第二掩模层；在由第二掩模层暴露的基板3110的另一部分中植入第二导电类型的杂质，例如P、Sb、As等，从而在其中形成第二井区3140；并去除第二掩模层。
介电层3120可以通过氧化基板3110的顶表面来形成，例如通过热氧化、化学氧化、任何合适的氧化工艺或其组合来形成。在替代实施例中，介电层3120通过在基板3110的顶表面上沉积介电质材料来形成，诸如通过CVD、PVD、ALD、其变体/衍生物、任何合适的沉积技术或组合。介电层3120的材料的示例包括但不限于SiO2、SiN、SiON、SiCN和SiOCN。介电层3120可以具有小于大约100nm的厚度。介电层3120可以使用例如电子束光刻(electronbeam lithography)来图案化。
图32是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图32示出了在基板3110中形成第一孔3210和第二孔3220之后的结构。如下所述，可以在第一孔3120中形成光源，例如图29中的光源2950。可以在第二孔3220中形成隔离区，例如浅沟槽隔离(STI)区。例如，孔3210、3220使用介电层3120作为掩模，通过湿法或干法刻蚀工艺，例如RIE工艺、NBE工艺及类似的工艺或其组合来形成。
如图32所示，第一孔3110具有基本上矩形的横截面，并且由孔限定壁3230限定，该孔限定壁3230包括壁表面3240和底表面3250。壁表面3240从底表面3250的外围向上延伸，并且基本垂直于基板3110的顶表面。在示例性实施例中，第一孔3210具有深度，即，孔限定壁3230的壁表面3240具有高度，约100nm至约700nm，例如约500nm。在这样的示例性实施例中，孔界定壁3230的底表面3250具有宽度约100nm至约700nm，例如500nm。
图33是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图33标出了在孔3210、3220中共形地(conformally)形成阻挡层3310之后的结构。即，在孔限定壁3230的壁表面3240上的阻挡层3310的厚度与在孔限定壁3230的底表面3250上的阻挡层3310的厚度基本相同。如图33所示，在一些实施例中，第二孔3220部分地被阻挡层3310填充。在其他实施例中，第二孔3220可以被阻挡层3310完全填充或过度填充。例如，阻挡层3310使用CVD、PVD、ALD、其衍生物，例如PECVD、HDP-CVD、FCVD、任何合适的沉积技术或它们的组合来形成。阻挡层3310可以包括诸如SiN、SiCN、SiON、SiOCN等的基于氮化物的材料，或者诸如SiO2的基于氧化物的材料。在一些实施例中，阻挡层3310的厚度为约100nm至约300nm，例如200nm。在其他实施例中，阻挡层3310具有约150nm至约250nm，例如200nm的厚度。
图34是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图34标出了在孔限定壁3230的底表面3250上的阻挡层3310被去除，从而暴露了孔限定壁3230的底表面3250之后的结构。如图34所示，阻挡层3310保留在第二孔3320中。
在一些实施例中，使用ICP蚀刻工艺、RIE工艺、任何合适的干蚀刻工艺或其组合来去除孔界定壁3230的底表面3250上的阻挡层3310。在其他实施例中，通过湿蚀刻工艺或湿蚀刻工艺和干蚀刻工艺的组合来去除孔界定壁3230的底表面3250上的阻挡层3310。
图35是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图35示出了在基板3110中形成凹槽3510之后的结构。在一些实施例中，通过在由基板3110的被阻挡层3310暴露的底表面(在图34中标记为3250)上执行湿法蚀刻来在基板3110中形成凹槽3510。在这样的一些实施例中，使用蚀刻溶液例如KOH执行湿蚀刻工艺，该蚀刻溶液例如被加热到大约70℃至大约90℃，例如80℃，持续大约100秒至大约120秒，例如，大约110秒。在其他实施例中，可以使用干蚀刻工艺或湿蚀刻工艺和干蚀刻工艺的组合来蚀刻底表面3250。
如图35所示，凹槽3510具有基本为三角形的横截面，并且由凹槽限定壁3520限定。凹槽限定壁3520朝向基板3110的底表面逐渐变窄并且包括相反的倾斜表面，每个倾斜表面都有(111)小平面。
图36是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图36示出了使用ICP蚀刻工艺、RIE工艺、任何合适的干蚀刻工艺或它们的组合去除壁表面3240上的阻挡层3310之后的结构。在替代实施例中，通过湿蚀刻工艺或湿蚀刻工艺和干蚀刻工艺的组合来去除壁表面3240上的阻挡层3310。如图36所示，阻挡层3310保留在第二孔3220中。
图37是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图37标出了在凹槽限定壁3520形成缓冲层3710之后的结构。缓冲层3710可以具有大约100nm至大约500nm的厚度，例如大约200nm。缓冲层3710的材料的示例包括但不限于AlN、TiN、TaN、HfN和ZrN。例如，使用CVD、PVD、ALD、它们的衍生物(例如，MOCVD)、任何合适的沉积技术或其组合来形成缓冲层3710。
图38是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图38标出了在缓冲层3710上方形成光传感器单元2910的光源(例如，图1中的光源2950)的第一光源层3810之后的结构。第一光源层3810的形成包括：在缓冲层3710上生长III-V族化合物半导体；用n型杂质注入III-V族化合物半导体；并且用硅等掺杂剂掺杂III-V族化合物半导体。
第一光源层3810被生长，使得III-V族化合物半导体，例如GaN，从六方(hexagonal)III-V族化合物半导体，例如h-GaN，即在第一光源层3810的下部，过渡成立方(cubic)III-V化合物半导体，例如c-GaN，即在第一光源层3810的上部。第一光源层3810的上部，即立方III-V化合物半导体，包括具有例如为(100)的小平面的顶面，与基板3110的顶面的小平面相同。
尽管第一光源层3810的III-V化合物半导体被例示为GaN，但是第一光源层3810的III-V化合物半导体可以包括InP挟InAs、GaAs、InSb或两种或更多的III-V族化合物半导体的任何合适的合金。
图39是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图39标出了在第一光源层3810上方形成光源2950的发光层3910之后的结构。在一些实施例中，发光层3910包括SQW。在其他实施例中，发光层3910包括MQW。在这样的其他实施例中，发光层3910可以包括多个交替的亮度层(例如，GaN)和阻挡层(例如，AlGaN)。可以使用CVD、PVD、ALD、它们的衍生物(例如，MOCVD)、任何合适的沉积技术或其组合来在第一光源层3810上生长发光层3910。
图40是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图40标出了在发光层3910之上形成光源2950的第二光源层4010之后的结构。例如，第二光源层4010的形成包括在发光层3910上生长III-V族化合物半导体，例如GaN，并用p型杂质注入所述III-V族化合物半导体。在一些实施例中，第二光源层4010包括GaN。在其他实施例中，第二光源层4010包括InP、InAs、GaAs、InSb或两种或更多种III-V族化合物半导体的任何合适的合金。第二光源层4010可以具有约100nm至约500nm，例如约150nm的厚度。
图41是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图41标出了在第二光源层4010之上形成电流扩散层4110之后的结构。例如，电流扩散层4110的形成包括：在图40的结构上方沉积光阻层(photoresist layer)；图案化所述光阻层以暴露第二光源层4010的顶表面；在被所述光阻层暴露的第二光源层4010的顶表面上沉积沉积透明导电层(transparent conductive layer，TCL)；以及移除光阻层。TCL的材料示例包括但不限于Ni、Au、Ag、Pt和Pd、金属氧化物，例如IZO、InO、ZnO、ITO、SnO、ATO、SbO，AZO、CTO和CdO、以及金属氮化物，例如TiN、WN和TiWN。电流扩散层4110可以具有大约10nm至大约100nm的厚度。
图42是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图42标出了在电流扩散层4110之上形成光反射层4210之后的结构。光反射层4210被配置为将由光源2950发射的光引导通过光源2950的侧壁，从而改善了通过光传感器(例如图1中的光传感器2970)对所述光的检测。在一些实施例中，光反射层4210是介电镜(dielectric mirror)，例如分布式布拉格反射器(distributed Bragg reflector，DBR)。在这样的一些实施例中，光反射层4210的形成包括在电流扩散层4110的顶表面上沉积具有不同折射率的电介质材料的交替的多个层，例如氧化物和氮化物。在其他实施例中，光反射层4210是金属镜(metallic mirror)、晶体镜(crystalline mirror)或混合镜(hybridmirror)，也就是，介电镜、金属镜和晶体镜中的至少两个的组合。
图43是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图43标出了在图42的结构上方形成保护层4310之后的结构。如图43所示，在一些实施例中，第二孔(在图42中标记为3220)填充有保护层4310。在其他实施例中，第二孔3220可以部分地被保护层4310填充。用于保护层4310的材料的示例包括但不限于SiO2、SiN、SiON、SiCN和SiOCN。如在下文中将显而易见的，在阅读本公开之后，保护层4310被配置为防止在形成晶体管(例如，图29中的晶体管2960)的后续过程期间损坏光源2950。
图44是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图44标出在例如通过湿法或干法蚀刻工艺或其组合去除层3120、4310之后，暴露基板3110的第一井区3130的邻近基板的第一侧壁4410的顶表面的结构。如图44所示，层3120、3310、4310保留在基板3110的第一井区3130的相邻第二侧壁4420的顶表面上，第二侧壁4420与第一光源层3810的与第一侧壁4410相反。
图45是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图45标出了在被层3120、4310暴露的基板3110的第一井区3130的顶表面上方形成晶体管2960的栅极电介质4510之后的结构。栅极介电质4510可以包括介电质材料，该介电质材料具有约4，例如SiO2，到约8，例如SiN的介电常数。可替代地，栅极介电质4510可以包括介电常数大于大约8的更高介电常数的介电材料。这种更高介电常数的介电材料可以包括HfO、HfSiO、HfZrO、TaO、ZrO、ZrSiO。LaO、AlO、TiO、YO、STO、BTO、BST、BaZrO、HfZrO、HfLaO、LaSiO、AlSiO、HfTaO、HfTiO、PZT及其类似物等。
图46是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图46标出了在通过诸如湿法或干法刻蚀工艺或其组合去除在基板3110的第一井区3130的邻近第一光源层3810的第一侧壁4410的顶表面上的层3120、4310之后的结构。如图46所示，层4310保留在光反射层4210的顶表面上。
图47是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图47标出了在栅极介电质4510上方形成栅电极4710之后的结构。例如，栅电极4710的形成是通过首先使用CVD，PVD，ALD，其衍生物，任何合适的沉积技术或其组合来在栅极电介质4510上沉积栅极材料，然后使用CMP技术将沉积的栅极材料平坦化。在一些实施例中，栅电极4710包括多晶硅。在其他实施例中，栅电极4710是金属栅极。用于金属栅极的材料的示例包括但不限于Ti、TiN、TiAl、Al、AlN、Ta、TaN、TaC、TaCN、TaSiN和TaSi。
在某些实施例中，栅电极4710包括栅金属层和功函数金属层，例如，衬层(linerlayer)、湿润层(wetting layer)、粘着层(adhesion layer)、金属合金和金属硅化物。栅极介电质4510和栅电极4710构成栅极结构4720。
图48是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图48标出了分别在栅极结构4720的第一侧壁4830和第二侧壁4840附近形成晶体管2960的轻掺杂源/汲区4810、4820之后的结构。可以通过使用栅极结构4720作为掩模在基板3110的第一井区3130中植入n型掺杂剂来形成轻掺杂的源/汲区4810、4820。用于n型掺杂剂的材料的示例包括但不限于P，As和Sb。
图49是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图49标出了分别在栅极结构4720的第一侧壁4830和第二侧壁4840上形成栅间隔物4910、4920之后的结构。栅间隔物4910、4920中的每一个可以包括多个间隔物层，例如主间隔物层，衬层极其类似物等。在该示例性实施例中，通过在栅极结构4720上沉积诸如SiO2、SiN、SiC、SiON或其类似物等的间隔物材料并使用湿法或干法蚀刻工艺或其组合回蚀沉积的间隔物材料来形成栅间隔物4910、4920。
图50是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图50示出了例如通过湿法或干法蚀刻工艺或其组合去除层3120、3310、4310之后的结构，从而暴露出基板3110的第二井区3140的顶表面。
图51是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图51标出了在形成有晶体管2960的源极和汲极区5110、5120以及光传感器(例如图1中的光传感器2970)的第一光传感器区5130之后的结构。在该示例性实施例中，区域5110-5130是以保护层4310作为掩模同时并分别在基板3110的第一和第二井区3130、3140中植入第二导电类型的杂质(例如，n型掺杂剂)而形成的。
第一光传感器区5130具有比第二井区3140更高的掺杂剂浓度，并且与源/汲区域5110/5120具有大致上相同的掺杂剂浓度。
尽管源和汲区5110、5120被例示为植入的源和汲区，但是在替代实施例中，源和汲区可以是抬升式源和汲区。在这样的替代实施例中，凸起的源区和汲区的形成包括：蚀刻基板3110以在其中形成沟槽；以及在基板3110上形成沟槽。在基板3110中的沟槽中生长外延层；在外延层中掺杂n型杂质。源区5110和汲区5120可以包括Si、SiC、SiCP及其类似物等。
图52是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图52标出了在保护层5210形成在图51的结构上方之后的结构，例如通过CVD、PVD、ALD，其衍生物，任何合适的沉积技术或其组合。保护层5210的材料的示例包括但不限于SiO2、SiN、SiON、SiCN和SiOCN。
图53是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图53示出了例如通过湿法或干法蚀刻工艺或其组合去除层3120、3310、4310、5210之后的结构，从而暴露出基板3110的第二井区3140。
图54是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图54标出了在被层3120、3310、4310、5210暴露的基板3110的第二井区3130中形成光传感器2970的本质光传感器区(intrinsic optical sensor region)5410之后的结构。在该示例性实施例中，通过使用保护层5210作为掩模，在基板3110的第二井区3130中植入第一导电类型的杂质，即p型掺杂剂，来形成内部传感器区5410。用于p型掺杂剂的材料的示例包括但不限于B、Ga和Al。
图55是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图55标出了在本质光传感器区域5410中形成第一导电类型的第二光传感器区5510之后的结构。在该示例性实施例中，通过使用保护层5210作为掩模，植入第一导电类型(即，p型掺杂剂)杂质在本质光传感器区域5410中来形成第二光传感器区域5510。第二光传感器区域5510具有比本质光传感器区域5410更高的掺杂剂浓度。用于p型掺杂剂的材料的示例包括但不限于B、Ga和Al。
图56是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图56标出了通过诸如湿法或干法蚀刻工艺或其组合去除层(在图55中标记为3120、3310、4310、5210)之后的结构。
图57是根据本公开的一些实施例的光传感器单元的制造中的另一阶段的示意性截面图。图57标出了在图56的结构上方形成钝化层5710之后的结构。用于钝化层5710的材料的示例包括但不限于SiO2、SiN、SiON、SiCN和SiOCN。可以使用CVD、PVD、ALD，它们的衍生物例如PECVD，任何合适的沉积技术或其组合来形成钝化层5710。如图57所示，在一些实施例中，第二孔(在图56中标记为3220)被钝化层5710填充，从而形成隔离区5720。在其他实施例中，第二孔3220被钝化层5710部分地填充。
图58是根据本公开的一些实施例的光传感器单元2910的制造中的另一阶段的示意性截面图。图58标出了在图57的结构上方形成源电极5810、光源电极5820、以及第一和第二光传感器电极5830、5840之后的结构。如图58所示，源电极5810通过钝化层5710延伸至源区5110。光源电极5820通过钝化层5710和光反射层4210延伸至电流扩散层4110。第一和第二光传感器电极5830，5840各自通过钝化层5710延伸到第一和第二光传感器区域5130、5410中的相应一个。
电极5810-5840的材料的示例包括但不限于Al、Ag、Cu、Au、Cr、Ti、任何合适的金属或其合金。在一些实施例中，使用CVD、PVD、ALD、其衍生物、任何合适的沉积技术或其组合来形成电极5810-5840。
在替代实施例中，光源电极5820通过钝化层5710，光反射层4210和电流扩散层4110延伸到第二光源层4010。
如图58所示，这样形成的光传感器单元2910包括基板3110、光源2950、晶体管2960、光传感器2970、隔离区5720、和钝化层5710。基板3110包括具有第一导电类型(例如，p型)的第一井区3130和具有第二导电类型(例如，n型，相反于第一导电类型)的第二井区3140。基板3110可以是半导体基板，例如，体半导体基板，SOI基板，多层或梯度基板等。基板3110可以包括半导体材料，例如包括Si，Ge的元素半导体、包括SiGe、SiC、GaAs、GaP、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、InAs、GaInP、InP、InSb、GaInAsP或其类似物的化合物或合金半导体。基板3110可以是掺杂的或不掺杂的。在该示例性实施例中，基板3110是体硅基板，并且包括具有(100)小平面的顶表面。
光源2950，例如LED，激光器，灯，灯泡或任何合适的光源，形成在基板3110的第一井区3130上方，并包括缓冲层3710、第一和第二光源层3810、4010、发光层3910、电流扩散层4110、反射层4210、和光源电极5820。缓冲层3710形成在基板3110中。缓冲层3710可以具有约100nm至约500nm，例如约200nm的厚度。缓冲层3710的材料的示例包括但不限于AlN、GaN，TiN、TaN、HfN、和ZrN。
第一光源层3810穿过基板3110的顶表面延伸到缓冲层3710，并且包括下部和上部。第一光源层3810的下部具有基本为三角形的横截面，朝着基板3110的底表面逐渐变窄，并且包括相反的倾斜表面，每个倾斜表面具有(111)小平面。在该示例性实施例中，第一光源层3810的下部是六角形III-V族化合物半导体，例如，h-GaN。
第一光源层3810的上部具有基本矩形的横截面，并包括基本垂直于基板3110的顶表面的相反的第一和第二侧壁4410、4420。在该示例性实施例中，第一光源层3810的上部是立方III-V族化合物半导体，例如c-GaN，其顶表面具有小平面，例如，(100)，与基板3110的顶面的小平面相同。
尽管第一光源层3810的下部和上部被例示为GaN，但是第一光源层3810的下部和上部可以包括InP、InAs、GaAs、InSb或两种或两种以上的任何合适的III-V族化合物半导体的合金。
发光层3910在第一光源层3810和第二光源层4010之间。在一些实施例中，发光层3910覆盖第一光源层3810的顶表面的相反(opposite)的多个端部。在一些其他实施例中，发光层3910覆盖第一光源层3810的顶表面的相反的多个端部以及在第一光源层3810的顶表面的所述相反的多个端部之间的中间部分。在这样的其他实施例中，发光层3910可以覆盖第一光源层3810的整个顶表面。
在一个实施例中，发光层3910包括SQW。在替代实施例中，发光层3910包括MQW。在这样的替代实施例中，发光层3910可以包括多个交替的亮度层，例如GaN，以及阻挡层，例如AlGaN。
在一些实施例中，第二光源层4010覆盖第一光源层3810的顶表面的相反(opposite)的多个端部。在其他实施例中，第二光源层4010覆盖第一光源层3810的顶表面的所述相反的多个端部和中间部。在这样的其他实施例中，第二光源层4010可以覆盖第一光源层3810的整个顶表面。在此示例性实施例中，第二光源层4010包括III-V化合物半导体在一些实施例中，第二光源层4010包括GaN。在其他实施例中，第二光源层4010包括InP、InAs、GaAs、InSb或两种或更多种III-V族化合物半导体的任何合适的合金。第二光源层4010可以具有约100nm至约500nm，例如约150nm的厚度。
电流扩散层4110在第二光源层4010之上。在一些实施例中，电流扩散层4110覆盖第一光源层3810的顶表面的相反(opposite)的多个端部。在其他实施例中，电流扩展层4110覆盖第一光源层3810的顶表面的所述相反的多个端部和中间部分。在这样的其他实施例中，电流扩散层4110可以覆盖第一光源层3810的整个顶表面。
在该示例性实施例中，电流扩散层4110包括TCL。TCL的材料示例包括但不限于Ni、Au、Ag、Pt、和Pd等，及金属氧化物IZO、InO、ZnO、ITO、SnO、ATO、SbO、AZO、CTO、和CdO等，以及金属氮化物TiN、WN、和TiWN等。电流扩散层4110可以具有大约10nm至大约100nm的厚度。
光反射层4210在电流扩散层4110上并覆盖第一光源层3810的顶表面的相反(opposite)的多个端部。光反射层4210配置来将从光源2950发出的光引导通过光源2950的侧壁上，改善了光传感器2970对所述光的检测。在一些实施例中，光反射层4210是介电镜(dielectric mirror)，例如分布式布拉格反射器(distributed Bragg reflector，DBR)。在这样的一些实施例中，光反射层4210的形成包括在电流扩散层4110的顶表面上沉积具有不同折射率的电介质材料的交替的多个层，例如氧化物和氮化物。在其他实施例中，光反射层4210是金属镜(metallic mirror)，晶体镜(crystalline mirror)或混合镜(hybridmirror)，也就是，介电镜，金属镜和晶体镜中的至少两个的组合。
光源电极5820通过光反射层4210延伸至电流扩散层4110。光源电极5820的材料的示例包括但不限于Al、Ag、Cu、Au、Cr、Ti、任何合适的金属或其合金。在替代实施例中，光源电极5820通过光反射层4210和电流扩散层4110延伸到第二光源层4010。在这样的替代实施例中，光源电极5820和电流扩散层4110可以覆盖第一光源层3810的整个顶表面。
如图58所示，虽然光源电极(例如光源电极5820)与第二光源层4010关联于或连接到第二光源层4010，但是没有光源电极与第一光源层4010关联或连接。即，在第一光源层3810的上表面或第一光源层3810的下表面上不形成光源电极。换句话说，第一光源层3810(is free of)没有光源电极。
光传感器2970，例如，光二极管或检测光的任何合适的传感器，形成在基板3110的第二井区域3140上方，并且包括第一和第二光传感器区5130、5510以及本质光传感器区5410、第一和第二光传感器电极5830、5840。在该示例性实施例中，光传感器2970具有PIN型结构。例如，第一光传感器区5130形成在基板3110中并且具有第二导电类型，即，n型。如图58所示，第一光传感器区域5130具有与基板3110的顶表面大致共面的顶表面。例如，第一光传感器区5130具有与源/汲区5110/5120相同的掺杂剂浓度。
本质光传感器区5410形成在基板3110中，在隔离区域5720和第一光传感器区5130之间，并且具有第一导电类型，即p型。如图58中所示，本质光传感器区5410具有与基板3110的顶表面基本共面的顶表面。本质光传感器区域5410可以具有比第一光传感器区更大的厚度。例如，本质光传感器区5410具有约1μm至约5μm的厚度。在某些实施例中，第一光传感器区域5130在隔离区域5720和本质光传感器区5410之间。
第二光传感器区5510形成在本质光传感器区5410，并具有第一导电类型，即p型。如图58所示，第二光传感器区5510具有与基板3110的顶表面基本共面的顶表面。第二光传感器区域5510可以具有与第一光传感器区域基本相同的厚度。例如，第一/第二光传感器区域5130的厚度为大约100nm至大约500。如图58所示，第一光源层3810的顶表面在区域5130、5410、5510的顶表面之上。
第一和第二光传感器电极5830、5840各自形成在，即，分别连接到第一光传感器区5130和第二光传感器区5410中的相应一个上。
在替代实施例中，光传感器2970具有NIP型结构。在这样的替代实施例中，第一光传感器区形成在p型井区并且具有第一导电类型，即p型。本质光传感器区形成在p型井区中，并且具有第二导电类型，即n型。第二光传感器区形成在本质光传感器区并且具有第二导电类型，即，n型。
晶体管2960包括栅极结构4720，间隔物4910、4920，轻掺杂的源/汲区4810、4820，源和汲区5110、5120以及源电极5810。栅极结构4720包括基板3110的顶表面上的栅电介质4510的栅电介质4510的顶表面上的栅电极4710。间隔物4910、4920分别形成在栅极结构4720的相反侧壁4830、4840上。轻掺杂的源/汲区4810、4820分别在间隔物4910、920下方的基板3110中形成。源和汲区5110、5120分别与间隔物4910、4920相邻。如图58所示，汲区5120形成在例如第一光源层3810的第一侧壁4410上或与之接触。
应注意，尽管汲区5120连接到第一光源层3810的第一侧壁4410或存在于(presenton)第一光源层3810的第一侧壁4410上，但相反于第一光源层3810的第一侧壁4410的第一光源层3810的第二侧壁4420不存在汲区5120。换句话说，第一光源层3810的第二侧壁4420没有(is free of)汲区5120。也就是说，晶体管2960的汲区5120用作光源2950的第一光源层3810的光源电极。
在一些实施例中，栅极结构4720的第二侧壁4840与第一光源层3810的第一侧壁4410之间的距离小于50nm，例如30nm。在其他实施例中，栅极结构4720的第二侧壁4840与第一光源层3810的第一侧壁4410之间的距离小于20nm，例如10nm。
源电极5810形成在，即连接于，源区5110。如图58所示，源电极，例如源电极5810与源区5810关联或连接，而没有关联于或连接到汲区5120的汲电极。也就是说，在汲极区域5120的顶表面上没有形成汲极电极。换句话说，汲区5120没有(is free of)汲极电极。
隔离区5720，例如STI区域，位于光源2950和光传感器2970之间，并且配置为将光源2950和光传感器2970彼此电隔离。钝化层5710形成在源和汲区5110、5120的顶表面，光源2950的顶表面，光传感器2970的顶表面上，并且围绕电极5810-5840。在该示例性实施例中，钝化层5720覆盖汲区5120的整个顶表面。
图59-61是根据本公开的一些实施例的示例性光传感器单元5900-6100的示意性截面图。光传感器单元5900与光传感器单元2910的不同之处在于，光传感器单元5900省略光反射层(在图42中被标记为4210)和隔离区域(在图58中被标记为5810)。光传感器组件6000与光传感器组件2910的不同之处在于，光传感器组件6000省略光反射层4210。光传感器组件6100与光传感器组件2910的不同之处在于光传感器单元6100中省略隔离区5810。
根据本公开的示例性实施例，一种光源组件包括多个单元，每个所述单元包括晶体管，光源和驱动电路。所述晶体管包括用作所述光源的阴极的汲区。所述驱动电路被配置为驱动所述单元。
根据本公开的另一示例性实施例，一种光传感器单元，包括晶体管，在基板上且包括汲区；光源，在所述基板上且耦合于所述晶体管，并配置来发光，其中所述晶体管的所述汲区用作所述光源的阴极；及光传感器，在所述基板上且配置来检测所述光线。
根据本公开的另一示例性实施例，一种制造光传感器组件的光传感器单元的方法包括：在基板上方形成光源；以及在形成所述光源之后，在基板上方形成光传感器。
前述内容概述了几个实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本公开的各方面。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地将本公开用作设计或修改其他过程和结构的基础，以实现与本文介绍的实施例相同的目的和/或实现相同的优点。本领域技术人员还应该认识到，这样的等效构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，它们可以在这里进行各种改变，替换和变更。

Claims (16)

1.一种光源组件，其特征在于，包括：
多个单元，所述单元当中的每一者包括：
晶体管，包括汲区；及
光源，包括形成于基板的孔中的第一光源层、发光层以及第二光源层，其中所述第一光源层包括相对的第一侧壁以及第二侧壁，并且所述晶体管的所述汲区在所述第一侧壁上、不在所述第二侧壁上并且用作所述光源的阴极；及
驱动电路，配置来驱动所述单元。
2.如权利要求1所述的光源组件，其特征在于，其中所述晶体管进一步包括源区及在所述源区上的电极且其中所述晶体管的所述汲区没有电极。
3.一种光传感器单元，其特征在于，包括：
晶体管，在基板上且包括汲区；
光源，在所述基板上且耦合于所述晶体管，并配置来发出光线，其中所述晶体管的所述汲区用作所述光源的阴极；及
光传感器，在所述基板上且配置来检测所述光线，
其中所述基板包括具有不同导电类型的第一井区和第二井区，所述晶体管位于所述基板的所述第一井区上，并且所述光传感器位于所述基板的所述第二井区上。
4.如权利要求3所述的光传感器单元，其特征在于，其中所述光源位于所述基板的所述第一井区上。
5.如权利要求3所述的光传感器单元，其特征在于，所述光源在所述晶体管及所述光传感器之间。
6.如权利要求3所述的光传感器单元，其特征在于，其中所述光传感器包括第一光传感器区，及在所述光源和所述第一光传感器区之间的第二光传感器区。
7.如权利要求6所述的光传感器单元，其特征在于，其中所述光传感器进一步包括在基板上的本质光传感器区且所述第二光传感器区位于所述本质光传感器区。
8.如权利要求3所述的光传感器单元，其特征在于，还包括
所述晶体管的源区；
钝化层，在所述源区的顶表面上方；和
源电极，位于所述源区的顶表面上方，其中所述钝化层和所述源电极覆盖所述源区的整个顶表面。
9.如权利要求3所述的光传感器单元，其特征在于，
钝化层，在所述光源的顶表面上方；和
光源电极，在所述光源的顶表面上方，其中所述钝化层和所述光源电极覆盖所述光源的整个顶表面。
10.如权利要求3所述的光传感器单元，其特征在于，包括在所述光源的顶表面上的光反射层。
11.如权利要求3所述的光传感器单元，其特征在于，其中，所述光源包括光源层，所述光传感器包括光传感器区，且所述光源层的顶面位于所述光传感器区的顶表面的上方。
12.如权利要求3所述的光传感器单元，其特征在于，其中所述晶体管包括源区或汲区且所述光传感器包括光传感器区，所述光传感器区具有与所述源区或汲区大致相同的掺杂浓度。
13.一种制造光传感器组件的光传感器单元的方法，其特征在于，包括：
同时在基板形成第一孔和第二孔；
在所述第一孔生长III-V化合物半导体并且在所述基板上形成光源；及
在形成所述光源后，在所述第二孔沉积介电材料并且在所述基板上形成光传感器。
14.如权利要求13所述的制造光传感器组件的光传感器单元的方法，其特征在于，还包括在所述光源上形成光反射层。
15.如权利要求13所述的制造光传感器组件的光传感器单元的方法，其特征在于，还包括：
在所述基板上形成所述光传感器的第一光传感器区；
形成所述光传感器的本质光传感器区，以使得所述本质光传感器区位于所述光源和所述第一光传感器区之间。
16.如权利要求13所述的制造光传感器组件的光传感器单元的方法，其特征在于，还包括：
在所述基板上形成所述光传感器的本质光传感器区；
在所述光源和所述本质光传感器区之间形成隔离区。
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