专利名称：具有温度补偿的发光单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用发光二极管(LED)的发光器件，特别是涉及这种器件的控制，以 补偿器件输出的温度相关特性。
背景技术：
使用固态器件如LED的发光，正呈现强劲的发展动力。LED发光比用常规光源有几 个优点，包括较好的光输出/尺寸比以及提高的能效。LED的光输出强度可用以下两种技术 之一控制(a)调节流经LED的电流的幅度，或者，(b)调节流经LED的电流的频率和占空比。也可以采用这两种技术的组合。在工作期间，LED温度增加，这会影响LED的光输出量以及输出光的主波长。已经认识到，期望对光输出的温度测量或者光学分析提供反馈值，以便对LED驱 动器的工作条件加以控制。这种反馈可以补偿温度相关效应以及LED的老化。关于温度补偿，LED的温度可以用靠近LED的外部温度传感器来测量。这一方法 的一个主要的缺点是所测得的温度不是LED结的真实温度(那里的温度通常较高)。替代的途径是测量光输出通量和色温，利用这些测量来提供补偿驱动方案。这可 以补偿温度效应和老化两方面。为了在温度和使用寿命的全范围内提供良好的性能，通量 和颜色传感器需要紧密耦合至LED单元。理想的是，这个传感器的位置应尽可能地紧靠 LED。因此，需要这样的器件，其中，光传感器被集成在LED封装结构的内部，以便提供 高质量的反馈信息，从而能进行适当的补偿。
发明内容
根据本发明，提供有一种发光单元，包括由半导体形成的封装衬底；在衬底中形成的沟道；处于沟道中的分立的发光二极管装置；以及光传感器，其中，沟道的表面区域包括掺杂的半导体层，该半导体层限定光传感器。该装置为LED单元提供光传感器(它可以用来确定颜色和/或输出通量，光传感 器掩埋在用于封装的半导体(例如硅)衬底中。这提供了低成本集成工艺以及光传感器和 LED输出之间良好的匹配。沟道的表面区域优选地包括以第一极性掺杂的第一掩埋层，以及较靠近表面并以 相反的第二极性掺杂的第二层。因此，在沟道表面区域可以限定p-n或p-i-n结，这样可以 形成传感器结构的一部分。例如，光传感器可包含PIN 二极管。
在这种情形下，沟道的表面区域可包括第一 η掺杂的掩埋层，较靠近表面的本征 层，以及较靠近表面的第二 P掺杂层。沟道的表面区域可进一步包括处于沟道表面的顶部
氧化物层。优选地，沟道包括基底和一个或多个侧壁。沟道的基底和一个或多个侧壁可以各 自限定光传感器结构的一部分，从而使光传感器结构部分地围绕或封闭LED。这样，未引导 至期望的输出的那些光可以用作光传感器功能的一部分。在分立的发光二极管装置和沟道的表面之间可提供金属接触。本发明还提供一种制造发光单元的方法，包括在半导体封装衬底中确定一个沟道；处理沟道的表面区域，以确定形成光传感器的掺杂半导体层；以及在沟道中安装分立的发光二极管装置。这就提供了一种将光传感器集成到分立的LED器件封装内的低成本方法。
下面将参照附图描述本发明的实例，图中图1表示在本发明的器件中用于封装分立的LED的衬底；以及图2表示本发明的发光系统。
具体实施例方式本发明提供一种发光单元，其中，LED安装在衬底中形成的沟道中，沟道的表面区 域限定一个用于LED的反馈控制的光传感器。图1表示用于封装分立的LED的衬底10。衬底由Si晶片形成。如图1中所示，采用浅沟槽隔离(STl)模块在Si衬底中形成浅沟槽沟道，以便容 纳LED。沟道的尺寸容易修改为所希望的大小。沟道可以是横过衬底的直沟(只有相对的 侧壁)，或者也可以是封闭的形状，例如平面视图中的四边形或圆形(有围绕的一个或多个 侧壁)。对沟道12的表面区域进行处理，以限定形成可以用作颜色传感器的PIN二极管的 多层。PIN用作颜色传感器是众所周知的。入射光产生载流子进入半导体结的耗尽层。这 些光生载流子便被吸收进入硅。如图2中所示，PIN 二极管包括第一 η掺杂的掩埋层20、较靠近表面的本征层22、 以及较靠近表面的第二 P掺杂层24。沟道的表面区域可进一步包括处于沟道表面的顶部氧 化物层26。沟道具有基底28和一个或多个侧壁30。沟道的基底和一个或多个侧壁各自限定 光传感器结构的一部分，从而使光传感器结构部分地围绕或容纳LED。由此，PIN 二极管在沟道的基底和侧壁上形成。掩埋层可采用例如汽相掺杂(VPD) 步骤产生，ρ+掺杂使用的是B2H6流。所得的硼掺杂剂浓度取决于执行工艺时的流量、温度和时间。例如，在流量50ml/ min、温度800°C的条件下，在30分钟后得到4e20at. /cm3的硼表面浓度。这已经高于硼在 硅中的最大固体溶解度。
η+掺杂可采用等离子体掺杂(PLAD)法进行，这是为保形掺杂而很好构建的灵活技 术。在硅中形成空腔以前，可通过正常注入进行η+掺杂。在这种情形下，考虑到要除 去的硅具有掺入的η.掺杂剂这一事实，调整硅蚀刻。等离子体掺杂(PLAD)法也能应用于ρ+掺杂。在所有情形下，所得到的结可以设置成对于所希望的波长具有最佳的量子效率。对于需要的三个波长(红、绿和蓝)，结可采用不同的深度，例如红，3μπι;绿， 800nm ；蓝，200nm。这个结深度可通过改变ρ掺杂层24的厚度加以控制，例如，通过采用不同的掺杂 剂剂量，和/或通过在推进(drive-in)/退火步骤中采用不同的热预算(对较深的层，采用 较高的热预算)。硅的光吸收在不同的深度涉及不同的波长，从而，通过设置p-n结的位置， 可以将结构调整为对不同的波长敏感。在对沟道的表面区域处理以后，为LED34形成金属连接32，以使外部接触能够与 LED阳极和阴极接触，这与标准封装工艺以相同的方式进行。可以按常规方法在衬底10的表面形成与PIN 二极管装置的N和P触点的接触，这 些触点未在图中表示。因为硅衬底10不用来形成LED的电路系统，而是代替地只形成LED 芯片的保护性包装，所以在LED和PIN 二极管之间不要求连接。检测得的光输出可以用来补偿光输出的老化和温度相关性。通过在已知驱动条件 下测量光输出，就可以确定光输出特性，并用来改变驱动方案，从而可以更精确地获得期望 的输出强度和/或颜色。利用光学传感器反馈信号控制LED的驱动是众所周知的，将不作 更详细的描述。一般使用的补偿方案包括通量反馈、温度反馈(使用分立的温度传感器)，或者它 们的组合，以及彩点反馈。在上面的实例中，衬底10实质上是保护性包装，并未用来集成其他电路元件。因 此，在一个实例中，只有PIN二极管集成到衬底10中。但是，衬底也可用来形成其他集成器 件，本发明的范围并不排除这种可能性。典型的衬底是硅，但其他半导体也能使用。本发明提供高度集成的颜色传感器和LED单元，可以导致大量应用，如LED背光， 彩色序列背光，LED显示中的2D调光(dimming)等等。利用传感器的侧壁集成，能够减少 通量损失而给出传感器的良好的光收集效率。发光系统的尺寸显著减小，其中至少控制电 路的传感器部分集成在LED封装中。PIN 二极管形成在衬底的“表面区域”中。这意味着限定传感器结构的多个层处于 表面或在表面下。从上面的描述中将会看出，某些形成光传感器所要求的处理可以在沟道 蚀刻以前进行，其他的步骤在后面进行。希望这些可能性全部在如权利要求所述本发明的 范围以内。对LED芯片的特性未做过详细描述。这可以是任何类型的常规LED器件，尤其是 因为对光传感器的集成不需要与LED共用任何制造步骤，或者，不需要电连接至LED。因此， LED和光传感器在其制造方面完全是分离的器件，任何LED都可安装在沟道中。对于技术人员来说，各种其他修改将会是显而易见的。
权利要求
一种发光单元，包括由半导体形成的封装衬底(10)；在衬底中形成的沟道(12)处于沟道中的分立的发光二极管装置(34)，以及光传感器，其中，沟道的表面区域包括掺杂的半导体层(20、24)，所述半导体层限定光传感器。
2.根据权利要求1所述的发光单元，其中，沟道的表面区域包括以第一极性掺杂的第 一掩埋层(20)，和较靠近表面并以相反的第二极性掺杂的第二掩埋层(24)。
3.根据任一前述权利要求所述的发光单元，其中，光传感器包括PIN二极管。
4.根据权利要求3所述的发光单元，其中，沟道的表面区域包括第一η掺杂的掩埋层 (20)、较靠近表面的本征层(22)、以及较靠近表面的第二 ρ掺杂层(24)。
5.根据权利要求4所述的发光单元，其中，沟道的表面区域进一步包括处于沟道表面 的顶部氧化物层(26)。
6.根据任一前述权利要求所述的发光单元，其中，沟道包括基底(28)和一个或多个侧 壁(30)，并且，沟道(12)的基底和一个或多个侧壁各自限定光传感器结构的一部分。
7.根据任一前述权利要求所述的发光单元，其中，在分立的发光二极管装置(34)和沟 道(12)的表面之间提供金属接触(32)。
8.—种制造发光单元的方法，包括在半导体封装衬底(10)中限定沟道(12)；对沟道的表面区域进行处理，以限定形成光传感器的掺杂半导体层(20，24)；以及在沟道中安装分立的发光二极管装置(34)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，限定沟道的方法包括应用浅沟槽隔离法。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，沟道的表面区域被处理，以限定以第一极性 掺杂的第一掩埋层(20)，以及较靠近表面并以相反的第二极性掺杂的第二层(24)。
11.根据任一前述权利要求所述的发光单元，其中，光传感器包括PIN二极管。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，沟道的表面区域被处理，以限 定第一 η掺杂的掩埋层(20)、较靠近表面的本征层(22)、以及较靠近表面的第二 ρ掺杂层 (24)，从而限定PIN 二极管光传感器。
13.根据权利要求12中的方法，进一步包括在沟道表面限定顶部氧化物层(26)。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其中，处理沟道的表面区域包括处理基 底(28)和一个或多个侧壁(30)，使得基底和一个或多个侧壁各自限定光传感器结构的一 部分。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的方法，进一步包括在分立的发光二极管装 置(34)和沟道表面之间提供金属接触(32)。
全文摘要
一种发光单元，包括由半导体形成的封装衬底(10)，在衬底中形成的沟道(12)，以及处于沟道中的分立的发光二极管装置(34)。沟道的表面区域包括掺杂的半导体层(20、24)，所述半导体层限定光传感器。该装置为LED单元提供光传感器(它能被用来确定颜色和/或输出通量)，而光传感器掩埋在用于封装的衬底中。这就能提供低成本集成工艺以及光传感器和LED之间良好的匹配。
文档编号H01L33/48GK101926002SQ200980103316
公开日2010年12月22日 申请日期2009年1月27日 优先权日2008年1月29日
发明者伯努特·巴塔尤, 拉杜·苏尔代亚努, 菲特·恩古耶恩霍安 申请人:Nxp股份有限公司