一种带触控和调试功能的发光四极管制造技术

本发明专利技术涉及一种带触控和调试功能的发光四极管。所述发光四极管从下到上依次包括蓝宝石衬底、半导体缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、多量子阱层、第四半导体层；所述发光四极管均在蓝宝石衬底上进行单片多功能集成，无需精准对位和键合复杂工艺流程，可以减少或消除由于焊接键合产生的寄生电容和电阻，可以起到对输入信号的功率放大作用，实现用小功率输入信号驱动半导体发光，可以有效降低基于半导体发光显示装置的驱动电路设计复杂度，提高显示装置和功能的集成度。

【技术实现步骤摘要】
一种带触控和调试功能的发光四极管
本专利技术涉及半导体显示发光器件领域，特别是一种带触控和调试功能的发光四极管。
技术介绍
GaN基LED由于在材料、器件、工艺和应用场景方面具有高效率、高亮度、低功耗、长寿命、高响应速度、容易微型化和集成化等诸多独特优势，有望实现集开关、驱动、发光、感知、探测、信号传输等多功能为一体的高度集成半导体器件，引领未来智能显示、智能照明和光通讯等技术的发展方向。传统LED发光器件需要复杂功率放大电路对驱动芯片的小信号功率进行放大，以及与Si基COMS和薄膜晶体管（TFT）等混合集成工艺影响器件性能是该研究领域亟需解决的关键科学和技术难题。基于GaN的开关控制电路，有望在相同材料体系和工艺制程下实现与LED发光器件的单片集成，构建可以在低电压、小功率信号下实现开关、控制和驱动的新型发光多极管，可以通过IC芯片的小功率输出信号直接驱动，大大降低μLED智能显示和照明驱动电路的复杂性。而且，发光多极管与GaN基晶体管、光电探测器和光通信器件的功能集成，具有（1）可以直接在蓝宝石衬底上，实现有源矩阵驱动显示阵列，归避传统μLED与CMOS或TFT的精准对位和键合等复杂工艺流程；（2）减少或消除由于焊接键合产生的寄生电容和电阻；（3）采用相同GaN材料和工艺体系，实现发光、开关、控制、感知（如触控）、传感（如光电探测）、光通信等功能高度集成的半导体器件等诸多优点，在高集成度μLED智能显示、智能照明和μLED动态区域调光等领域具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种带触控和调试功能的发光四极管，实现用小功率输入信号驱动半导体发光，可以有效降低基于半导体发光显示装置的驱动电路设计复杂度，提高显示装置和功能的集成度。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种带触控和调试功能的发光四极管，从下到上依次包括蓝宝石衬底、半导体缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、多量子阱层、第四半导体层；所述第一半导体层作为发射极、第二半导体层作为基极、第三半导体层作为集电极构成npn或pnp放大三极管，具有像素开关和驱动功能；所述第三半导体层、多量子阱层、第四半导体层在正向偏置电压下作为发光二极管；所述第三半导体层设置有触控传感器，触控传感器感应的触控信号根据放大三极管的输入特性反馈到放大三极管和发光二极管；所述发光四极管在蓝宝石衬底上进行单片多功能集成，无需精准对位和键合复杂工艺流程，可以减少或消除由于焊接键合产生的寄生电容和电阻。在本专利技术一实施例中，所述放大三极管的基极输入小信号，可以控制集电极的大信号，用于发光二极管点亮和亮度控制，对发光四极管进行开关和驱动。在本专利技术一实施例中，所述触控传感器包括电容触控传感器、电阻触控传感器和光学触控传感器。在本专利技术一实施例中，所述光学触控传感器包括红外传感器和非接触式光学传感器，所述非接触式光学传感器为由第三半导体层、多量子阱层、第四半导体层组成的多量子阱探测器在反向偏置电压下，通过探测多量子阱接收光线引起的漏电流变化进行信号反馈，此时所述发光四极管变为发光五极管。在本专利技术一实施例中，所述第一半导体层掺杂浓度比第二半导体层和第三半导体体层的掺杂浓度高1至5个数量级，为1016cm-3~1023cm-3；所述第二半导体层的厚度范围为10nm~1000nm，其厚度由放大三极管所需放大系数决定。在本专利技术一实施例中，所述第一半导体层、第三半导体层、第四半导体层与对应的接触电极形成欧姆接触，所述第二半导体层与对应的接触电极形成肖特基接触。在本专利技术一实施例中，所述放大三极管可由基于GaN的金属有机场效应晶体管和高电子迁移率晶体管替代。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术构建了可以在低电压、小功率信号下实现开关、控制和驱动的新型发光多极管，可以通过IC芯片的小功率输出信号直接驱动，大大降低μLED智能显示和照明驱动电路的复杂性；2、本专利技术中发光多极管与GaN基晶体管和光电探测器等功能集成，可以直接在蓝宝石衬底上，实现有源矩阵驱动显示阵列，归避传统μLED与CMOS或TFT的精准对位和键合等复杂工艺流程，可以减少或消除由于焊接键合产生的寄生电容和电阻；3、本专利技术采用相同GaN材料和工艺体系，实现发光、开关、控制、感知（如触控）、传感（如光电探测）等功能高度集成的半导体器件等诸多优点，在高集成度μLED智能显示、智能照明和μLED动态区域调光等领域具有广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术一实施例中的一种带触控和调试功能的发光四极管的截面示意图。图2为本专利技术一实施例中的一种带触控和调试功能的发光四极管的制备过程。图3（a）为本专利技术一实施例中的一种带触控和调试功能的发光四极管的驱动方法示意图，图3（b）为三极管的输入特性曲线，图3（c）为三极管的输出特性曲线。图中，01是蓝宝石衬底，02是缓冲层，03是第一半导体层，04是第二半导体层，05是第三半导体层，06是多量子阱层，07是第四半导体层，08是介质层，09是金属层。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术一种带触控和调试功能的发光四极管，从下到上依次包括蓝宝石衬底、半导体缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、多量子阱层、第四半导体层；所述第一半导体层作为发射极、第二半导体层作为基极、第三半导体层作为集电极构成npn或pnp放大三极管，具有像素开关和驱动功能；所述第三半导体层、多量子阱层、第四半导体层在正向偏置电压下作为发光二极管；所述第三半导体层设置有触控传感器，触控传感器感应的触控信号根据放大三极管的输入特性反馈到放大三极管和发光二极管；所述发光四极管在蓝宝石衬底上进行单片多功能集成，无需精准对位和键合复杂工艺流程，可以减少或消除由于焊接键合产生的寄生电容和电阻。以下为本专利技术的具体实现过程。请参照图1-3，一种带触控和调试功能的发光四极管，所述半导体显示器件每个像素单元均包括基于相同GaN材料和加工工艺体系的LED发光结构L、开关驱动元器件（A）、多量子阱光电探测器件S、和信号感知传感器T；所述半导体显示器件依次包括蓝宝石衬底01、半导体缓冲层02、第一半导体层03、第二半导体层04、第三半导体层05、多量子阱层06、第四半导体层07；所述第一半导体层（发射极091）03、第二半导体层（基极092）04、第三半导体层（集电极093）05可以构成npn或pnp放大三极管，作为像素开关和驱动元件A；所述第三半导体层05、多量子阱层06、第四半导体层07在正向偏置电压下做为LED发光单元L，在反向偏置电压下作为光电探测器件S；所述信号感知传感器T的感知信号接到第三半导体层05，根据放大三极管的输入特性，接收传感器信号；所述多功能集成半导体显示器件均在蓝宝石衬底01上进行单片多功能集成，无需精准对位和键合复杂工艺流程，可以减少或消除由于焊接键合产生的寄生电容和电阻。所述LED发光结构、开关驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带触控和调试功能的发光四极管，其特征在于，从下到上依次包括蓝宝石衬底、半导体缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、多量子阱层、第四半导体层；所述第一半导体层作为发射极、第二半导体层作为基极、第三半导体层作为集电极构成npn或pnp放大三极管，具有像素开关和驱动功能；所述第三半导体层、多量子阱层、第四半导体层在正向偏置电压下作为发光二极管；所述第三半导体层设置有触控传感器，触控传感器感应的触控信号根据放大三极管的输入特性反馈到放大三极管和发光二极管；所述发光四极管在蓝宝石衬底上进行单片多功能集成，无需精准对位和键合复杂工艺流程，可以减少或消除由于焊接键合产生的寄生电容和电阻。/n

【技术特征摘要】
1.一种带触控和调试功能的发光四极管，其特征在于，从下到上依次包括蓝宝石衬底、半导体缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、多量子阱层、第四半导体层；所述第一半导体层作为发射极、第二半导体层作为基极、第三半导体层作为集电极构成npn或pnp放大三极管，具有像素开关和驱动功能；所述第三半导体层、多量子阱层、第四半导体层在正向偏置电压下作为发光二极管；所述第三半导体层设置有触控传感器，触控传感器感应的触控信号根据放大三极管的输入特性反馈到放大三极管和发光二极管；所述发光四极管在蓝宝石衬底上进行单片多功能集成，无需精准对位和键合复杂工艺流程，可以减少或消除由于焊接键合产生的寄生电容和电阻。


2.根据权利要求1所述的一种带触控和调试功能的发光四极管，其特征在于，所述放大三极管的基极输入小信号，可以控制集电极的大信号，用于发光二极管点亮和亮度控制，对发光四极管进行开关和驱动。


3.根据权利要求1所述的一种带触控和调试功能的发光四极管，其特征在于，所述触控传感器包括电容触控传感器、电阻触控传感器和光学触控传感器。


4....

【专利技术属性】
技术研发人员：郭太良，翁雅恋，周雄图，张永爱，吴朝兴，严群，孙捷，林志贤，
申请(专利权)人：福州大学，闽都创新实验室，
类型：发明
国别省市：福建;35