一种亮度自适应发光二极管及其制备方法与流程

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。

背景技术：

1、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。

2、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。

技术实现思路

1、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。

2、本发明还提供上述亮度自适应发光二极管的制备方法。

3、本发明的技术方案如下：

4、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；

5、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。

6、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；

7、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；

8、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。

9、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。

10、上述亮度自适应发光二极管的制备方法，步骤如下：

11、(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；

12、(2)通过扩散注入p源形成n+区，然后去除氧化层；

13、(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；

14、(4)通过扩散注入b源形成p+区，然后去除氧化层；

15、(5)通过pecvd在衬底表面蒸镀绝缘层；

16、(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；

17、(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；

18、(8)再次通过光刻、icp工艺，将led芯片刻蚀至p型欧姆接触层；

19、(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。

20、(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；

21、(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；

22、(12)通过光刻、刻蚀工艺形成电极窗口；

23、(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；

24、(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。

25、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。

26、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。

27、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。

28、根据本发明优选的，步骤(14)中，将晶圆研磨至150um。

29、本发明的有益效果在于：

30、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。

31、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。

32、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。

技术特征：

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；

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；

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：

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。

技术总结
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<supgt;+</supgt;区，P<supgt;+</supgt;区两侧分别设置有N<supgt;+</supgt;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。

技术研发人员：吴向龙,闫宝华,王成新
受保护的技术使用者：山东浪潮华光光电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15