CN117253900A - 一种亮度自适应发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种亮度自适应发光二极管及其制备方法，二极管包括衬底，衬底下侧设置有背金电极，衬底上一侧设置有绝缘层、键合层，键合层一侧设置有电流扩展层、P型欧姆接触层、多量子阱层、N型欧姆接触层和N型欧姆接触金属，键合层另一侧设置有P型欧姆接触金属；衬底另一侧内置有P+区，P+区两侧分别设置有N+区，衬底上对应设置有光敏二极管正极和光敏二极管负极，器件上侧设置有DBR层，光敏二极管正极、N型欧姆接触金属和P型欧姆接触金属上侧的DBR层开设有电极窗口，光敏二极管正极和N型欧姆接触金属通过焊线电极连接，P型欧姆接触金属通过电极窗口连接有焊线电极。本发明能够根据周围的环境亮度变化，自动调节发光二极管的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及一种亮度自适应发光二极管及其制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
LED作为最受重视的光源技术之一，其一方面具有体积小的特征；另一方面具备低电流、低电压驱动的省电特性；同时它还具有结构牢固、抗冲击和抗震能力强，超长寿命等众多优点，因此在数码显示、瞄准等领域有着广泛的应用。在实际使用中，这些光源有的亮度不能调节，有的需要设计复杂的电路进行手动调节，对使用者带来不便。
光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子-空穴对，使少数载流子的密度增加，这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加，因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。为此，提出本发明，集成LED和光敏二极管，实现二极管亮度的自动调节。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种亮度自适应发光二极管，将LED芯片和光敏二极管在制备过程中集成到一起，能够根据周围的环境亮度变化，自动调节发光二极管的亮度。
本发明还提供上述亮度自适应发光二极管的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种亮度自适应发光二极管，包括衬底，衬底下侧设置有背金电极，衬底上一侧依次设置有绝缘层、键合层，键合层一侧依次设置有电流扩展层、P型欧姆接触层、多量子阱层和N型欧姆接触层，N型欧姆接触层上设置有N型欧姆接触金属，键合层另一侧设置有P型欧姆接触金属，绝缘层、键合层、电流扩展层、P型欧姆接触层、多量子阱层、N型欧姆接触层、N型欧姆接触金属和P型欧姆接触金属组成LDE芯片；
衬底另一侧内置有P+区，P+区两侧分别设置有N+区，衬底上对应设置有光敏二极管正极和光敏二极管负极，P+区、N+区、光敏二极管正极和光敏二极管负极组成光敏二极管，光敏二极管和LDE芯片上均设置有DBR层，光敏二极管正极、N型欧姆接触金属和P型欧姆接触金属上侧的DBR层开设有电极窗口，光敏二极管正极和N型欧姆接触金属通过焊线电极连接，P型欧姆接触金属通过电极窗口连接有焊线电极。
根据本发明优选的，衬底为N型单晶硅衬底，厚度为7000埃，电阻率为150-450Ω·cm；
N+区注入深度为3000-5000埃，电阻为10-20Ω，P+区注入深度为3500-5500埃，电阻为40-60Ω；
光敏二极管正极和光敏二极管正极负极的电极材料为Al，焊线电极的电极材料为Al，背金电极材料为TiAu。
根据本发明优选的，绝缘层材质为SiO2，厚度为1um，电流扩展层为ITO、ZnO或GZO等，键合层采用SiO2或高分子聚合物等绝缘材料。
上述亮度自适应发光二极管的制备方法，步骤如下：
(1)在衬底表面热生长氧化层，然后通过光刻、刻蚀形成N+隔离窗口；
(2)通过扩散注入P源形成N+区，然后去除氧化层；
(3)在衬底表面继续热生长5000埃的氧化层，然后通过光刻、刻蚀形成P+隔离窗口；
(4)通过扩散注入B源形成P+区，然后去除氧化层；
(5)通过PECVD在衬底表面蒸镀绝缘层；
(6)在LED外延片上蒸镀电流扩展层，然后通过键合工艺，将LED外延片与绝缘层进行键合，然后去除LED外延片自带的n-GaAs衬底；
(7)通过光刻、ICP工艺，将LED芯片以外的区域刻蚀至绝缘层表面；
(8)再次通过光刻、ICP工艺，将LED芯片刻蚀至P型欧姆接触层；
(9)通过光刻、蒸镀、剥离，分别形成LED芯片的P型欧姆接触金属和N型欧姆接触金属。
(10)通过光刻、蒸镀、剥离工艺，去除光敏二极管区域的绝缘层，制作光敏二极管正极和光敏二极管正极负极，光敏二极管正极和光敏二极管正极负极共同构成光敏二极管电极；
(11)在步骤(10)所得晶圆表面通过光学镀膜设备生长一层DBR层，该DBR层在580-680nm波段具有高反射率，防止芯片自身发光对光敏二极管造成影响；
(12)通过光刻、刻蚀工艺形成电极窗口；
(13)再次通过光刻、蒸镀、剥离，形成光敏二极管芯片和LED芯片的焊线电极，LED芯片的N极欧姆接触金属和光敏二极管正极连接；
(14)对步骤(13)所得晶圆进行研磨，然后采用电子束蒸镀背金电极，之后利用激光划片、金刚刀切割，得到发光二极管。
根据本发明优选的，步骤(6)中，LED外延片包括n-GaAs衬底和n-GaAs衬底上依次设置的N型欧姆接触层、多量子阱层和P型欧姆接触层，LED外延片为现有器件，可直接使用，无需再单独制备N型欧姆接触层、多量子阱层和P型欧姆接触层等结构，加快制备流程。
根据本发明优选的，步骤(6)中，键合条件为温度380℃，时间50分钟，压力900kg，n-GaAs衬底通过氨水、双氧水、水的混合溶液去除，混合溶液中氨水、双氧水、水的体积比为1:6:8。
根据本发明优选的，步骤(9)中，P型欧姆接触金属为Au/AuZn/Au叠层金属，合金温度500℃，时间10min；N型欧姆接触为Au/AuGeNi/Au叠层金属，合金温度为350℃，时间10min。
根据本发明优选的，步骤(14)中，将晶圆研磨至150um。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提供一种亮度自适应发光二极管，将LED芯片和光敏二极管在制备过程中集成到一起，能够根据周围的环境亮度变化，自动调节发光二极管的亮度。
2、本发明的DBR层在580-680nm波段具有高反射率，防止芯片自身发光对光敏二极管造成影响。
3、本发明制备过程中直接使用现有的LED外延片，无需再单独制备N型欧姆接触层、多量子阱层和P型欧姆接触层等结构，加快了制备流程。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明完成P+区与N+区后的结构示意图。
图3是本发明完成键合工艺后的结构示意图。
图4是本发明完成P型欧姆接触金属和N型欧姆接触金属制作后的结构示意图。
图5是本发明完成光敏二极管电极制作后的结构示意图。
图6是本发明完成焊线电极电极制作后的结构示意图。
其中，1、衬底，2、N+区，3、P+区，4、绝缘层，5、键合层，6、电流扩展层，7、P型欧姆接触层，8、多量子阱层，9、N型欧姆接触层，10、N型欧姆接触金属，11、光敏二极管电极，12、DBR层、13、焊线电极，14、背金电极，15、P型欧姆接触金属。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1-6所示，本实施例提供一种亮度自适应发光二极管，包括衬底1，衬底1下侧设置有背金电极14，衬底1上一侧依次设置有绝缘层4、键合层5，键合层5一侧依次设置有电流扩展层6、P型欧姆接触层7、多量子阱层8和N型欧姆接触层9，N型欧姆接触层9上设置有N型欧姆接触金属10，键合层5另一侧设置有P型欧姆接触金属15，绝缘层4、键合层5、电流扩展层6、P型欧姆接触层7、多量子阱层8、N型欧姆接触层9、N型欧姆接触金属10和P型欧姆接触金属15组成LDE芯片；
衬底1另一侧内置有P+区3，P+区3两侧分别设置有N+区2，衬底1上对应设置有光敏二极管正极和光敏二极管负极，P+区3、N+区2、光敏二极管正极和光敏二极管负极组成光敏二极管，光敏二极管和LDE芯片上均设置有DBR层12，光敏二极管正极、N型欧姆接触金属10和P型欧姆接触金属15上侧的DBR层12开设有电极窗口，光敏二极管正极和N型欧姆接触金属10通过焊线电极13连接，P型欧姆接触金属15通过电极窗口连接有焊线电极13。
衬底1为N型单晶硅衬底，厚度为7000埃，电阻率为150-450Ω·cm；
N+区2注入深度为3000-5000埃，电阻为10-20Ω，P+区3注入深度为3500-5500埃，电阻为40-60Ω；
光敏二极管正极和光敏二极管正极负极的电极材料为Al，焊线电极13的电极材料为Al，背金电极14材料为TiAu。
绝缘层4材质为SiO2，厚度为1um，电流扩展层6为ITO，键合层采用SiO2。
上述亮度自适应发光二极管的制备方法，步骤如下：
(1)在衬底1表面热生长氧化层，然后通过光刻、刻蚀形成N+隔离窗口；
(2)通过扩散注入P源形成N+区2，然后去除氧化层；
(3)在衬底表面继续热生长5000埃的氧化层，然后通过光刻、刻蚀形成P+隔离窗口；
(4)通过扩散注入B源形成P+区3，然后去除氧化层；
(5)通过PECVD在衬底表面蒸镀绝缘层4；
(6)在LED外延片上蒸镀电流扩展层6，然后通过键合工艺，键合条件为温度380℃，时间50分钟，压力900kg，将LED外延片与绝缘层进行键合，然后通过氨水、双氧水、水的混合溶液去除LED外延片自带的n-GaAs衬底，混合溶液中氨水、双氧水、水的体积比为1:6:8；
(7)通过光刻、ICP工艺，将LED芯片以外的区域刻蚀至绝缘层4表面；
(8)再次通过光刻、ICP工艺，将LED芯片刻蚀至P型GaP欧姆接触层；
(9)通过光刻、蒸镀、剥离，分别形成LED芯片的P型欧姆接触金属15和N型欧姆接触金属10，P型欧姆接触金属为Au/AuZn/Au叠层金属，合金温度500℃，时间10min；N型欧姆接触为Au/AuGeNi/Au叠层金属，合金温度为350℃，时间10min；
(10)通过光刻、蒸镀、剥离工艺，去除光敏二极管区域的绝缘层，制作光敏二极管正极和光敏二极管正极负极，光敏二极管正极和光敏二极管正极负极共同构成光敏二极管电极11；
(11)在步骤(10)所得晶圆表面通过光学镀膜设备生长一层DBR层12，该DBR层在580-680nm波段具有高反射率，防止芯片自身发光对光敏二极管造成影响；
(12)通过光刻、刻蚀工艺形成电极窗口；
(13)再次通过光刻、蒸镀、剥离，形成光敏二极管芯片和LED芯片的焊线电极13，LED芯片的N极欧姆接触金属10和光敏二极管正极连接；
(14)对步骤(13)所得晶圆进行研磨，研磨至150um，然后采用电子束蒸镀背金电极，之后利用激光划片、金刚刀切割，得到发光二极管。
实施例2：
一种亮度自适应发光二极管的制备方法，步骤如实施例1所述，不同之处为，步骤(6)中，LED外延片包括n-GaAs衬底和n-GaAs衬底上依次设置的N型欧姆接触层9、多量子阱层8和P型欧姆接触层7，LED外延片为现有器件，可直接使用，无需再单独制备N型欧姆接触层、多量子阱层和P型欧姆接触层等结构，加快制备流程。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种亮度自适应发光二极管，其特征在于，包括衬底，衬底下侧设置有背金电极，衬底上一侧依次设置有绝缘层、键合层，键合层一侧依次设置有电流扩展层、P型欧姆接触层、多量子阱层和N型欧姆接触层，N型欧姆接触层上设置有N型欧姆接触金属，键合层另一侧设置有P型欧姆接触金属，绝缘层、键合层、电流扩展层、P型欧姆接触层、多量子阱层、N型欧姆接触层、N型欧姆接触金属和P型欧姆接触金属组成LDE芯片；
衬底另一侧内置有P+区，P+区两侧分别设置有N+区，衬底上对应设置有光敏二极管正极和光敏二极管负极，P+区、N+区、光敏二极管正极和光敏二极管负极组成光敏二极管，光敏二极管和LDE芯片上均设置有DBR层，光敏二极管正极、N型欧姆接触金属和P型欧姆接触金属上侧的DBR层开设有电极窗口，光敏二极管正极和N型欧姆接触金属通过焊线电极连接，P型欧姆接触金属通过电极窗口连接有焊线电极。
2.如权利要求1所述的亮度自适应发光二极管，其特征在于，衬底为N型单晶硅衬底，厚度为7000埃，电阻率为150-450Ω·cm；
N+区注入深度为3000-5000埃，电阻为10-20Ω，P+区注入深度为3500-5500埃，电阻为40-60Ω；
光敏二极管正极和光敏二极管正极负极的电极材料为Al，焊线电极的电极材料为Al，背金电极材料为TiAu。
3.如权利要求2所述的亮度自适应发光二极管，其特征在于，绝缘层材质为SiO2，厚度为1um，电流扩展层为ITO、ZnO或GZO，键合层采用SiO2或高分子聚合物。
4.如权利要求1-3任一项所述的亮度自适应发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)在衬底表面热生长氧化层，然后通过光刻、刻蚀形成N+隔离窗口；
(2)通过扩散注入P源形成N+区，然后去除氧化层；
(3)在衬底表面继续热生长5000埃的氧化层，然后通过光刻、刻蚀形成P+隔离窗口；
(4)通过扩散注入B源形成P+区，然后去除氧化层；
(5)通过PECVD在衬底表面蒸镀绝缘层；
(6)在LED外延片上蒸镀电流扩展层，然后通过键合工艺，将LED外延片与绝缘层进行键合，然后去除LED外延片自带的n-GaAs衬底；
(7)通过光刻、ICP工艺，将LED芯片以外的区域刻蚀至绝缘层表面；
(8)再次通过光刻、ICP工艺，将LED芯片刻蚀至P型欧姆接触层；
(9)通过光刻、蒸镀、剥离，分别形成LED芯片的P型欧姆接触金属和N型欧姆接触金属；
(10)通过光刻、蒸镀、剥离工艺，去除光敏二极管区域的绝缘层，制作光敏二极管正极和光敏二极管正极负极；
(11)在步骤(10)所得晶圆表面通过光学镀膜设备生长一层DBR层；
(12)通过光刻、刻蚀工艺形成电极窗口；
(13)再次通过光刻、蒸镀、剥离，形成光敏二极管芯片和LED芯片的焊线电极，LED芯片的N极欧姆接触金属和光敏二极管正极连接；
(14)对步骤(13)所得晶圆进行研磨，然后采用电子束蒸镀背金电极，之后利用激光划片、金刚刀切割，得到发光二极管。
5.如权利要求4所述的亮度自适应发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，LED外延片包括n-GaAs衬底和n-GaAs衬底上依次设置的N型欧姆接触层、多量子阱层和P型欧姆接触层。
6.如权利要求4所述的亮度自适应发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，键合条件为温度380℃，时间50分钟，压力900kg，n-GaAs衬底通过氨水、双氧水、水的混合溶液去除，混合溶液中氨水、双氧水、水的体积比为1:6:8。
7.如权利要求4所述的亮度自适应发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤(9)中，P型欧姆接触金属为Au/AuZn/Au叠层金属，合金温度500℃，时间10min；N型欧姆接触为Au/AuGeNi/Au叠层金属，合金温度为350℃，时间10min。
8.如权利要求4所述的亮度自适应发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤(14)中，将晶圆研磨至150um。
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