一种紫外LED和探测器同质集成芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种紫外LED和探测器同质集成芯片及其制备方法，该同质集成芯片，包括：衬底；缓冲层；LED器件，其为圆环状或圆弧状；探测器，位于LED器件内侧；本发明专利技术的集成芯片，采用圆环状或圆弧状的LED器件以及位于LED器件内侧的探测器，从方向上提高了LED出光的利用率，在有源区面积一定的情况下提高了LED和探测器侧壁的交互面积，便于探测器收集。本发明专利技术的集成芯片，在LED器件外周面设置金属反射层，同质集成芯片中LED器件的光提取效率和电光转换效率大幅提高，探测器接收的入射光通量增大，灵敏度提高，集成芯片的光耗散有效减少，从而达到提高紫外LED和探测器同质集成芯片信号转换效率和传输速度的目的。效率和传输速度的目的。效率和传输速度的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种紫外LED和探测器同质集成芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体技术以及通信领域，特别涉及一种紫外LED和探测器同质集成芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于紫外光具有波长短，频率高，传输信息的速度快，不受可见光干扰所以易于隐蔽、保密性好等优势，利用紫外光电器件作为信号传输单元的同质集成芯片在保密通信、导弹预警与制导、大气环境监测、深空探测和紫外导航等领域具有重大应用价值。AlGaN是直接禁带半导体，其禁带宽度在3.4～6.2eV之间随Al组分变化连续可调，对应的波长在365nm
‑
200nm，覆盖了大部分紫外波段，且具有稳定的物理化学性质，可以在高频、高压、高功率的条件下工作，是制备紫外同质光电子集成芯片的优质材料。
[0003]然而，过往的LED和探测器的同质集成芯片研究发现，由于光源出光方向的不确定性，通过空气传播的光只有极少部分能被PD探测到，传统的解决方案是利用光波导限制光路辅助光传输，但由于波导器件一般仅具有单一方向性，且和光源、探测器之间的光耦合效率低，光信号损失仍然很严重，导致探测器一侧的收集能力弱，响应效率低，最终影响集成芯片的传输速率、带宽和功耗。
[0004]基于目前的LED和探测器的同质集成芯片存在的技术缺陷，有必要对此进行改进。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种紫外LED和探测器同质集成芯片及其制备方法，解决或至少部分解决现有技术中存在的技术缺陷。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0007]一种紫外LED和探测器同质集成芯片，包括：
[0008]衬底；
[0009]缓冲层，其位于所述衬底一侧面；
[0010]LED器件，其位于所述缓冲层远离所述衬底的侧面，所述LED器件为圆环状或圆弧状；
[0011]探测器，其位于所述缓冲层远离所述衬底的侧面且位于所述LED器件内侧。
[0012]优选的是，所述的紫外LED和探测器同质集成芯片，所述LED器件包括依次贴合的第一n型掺杂层、第一多量子阱层和第一p型掺杂层，所述第一多量子阱层在所述第一n型掺杂层上的投影不完全覆盖所述第一n型掺杂层，所述第一n型掺杂层未被所述第一多量子阱层覆盖的表面设有第一n型电极，所述第一p型掺杂层表面设有第一p型电极。
[0013]优选的是，所述的紫外LED和探测器同质集成芯片，所述探测器包括依次贴合的第二n型掺杂层、第二多量子阱层和第二p型掺杂层，所述第二多量子阱层在所述第二n型掺杂层上的投影不完全覆盖所述第二n型掺杂层，所述第二n型掺杂层未被所述第二多量子阱层覆盖的表面设有第二n型电极，所述第二p型掺杂层表面设有第二p型电极。
[0014]优选的是，所述的紫外LED和探测器同质集成芯片，所述LED器件的内外周面、所述探测器外周面以及所述LED器件和所述探测器之间均设置有绝缘层。
[0015]优选的是，所述的紫外LED和探测器同质集成芯片，所述LED器件外周面的绝缘层上设置有金属反射层。
[0016]优选的是，所述的紫外LED和探测器同质集成芯片，所述缓冲层为AlN/AlGaN超晶格缓冲层；
[0017]所述第一n型掺杂层、第二n型掺杂层均为n
‑
AlGaN层；
[0018]所述第一多量子阱层、第二多量子阱层均为AlGaN多量子阱层；
[0019]所述第一p型掺杂层、第二p型掺杂层均为p
‑
AlGaN层；
[0020]所述第一n型电极、第二n型电极的材料为Ti/Al、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au中的一种；
[0021]所述第一p型电极、第二p型电极的材料为Ni、Au、Ni/Au中的一种。
[0022]优选的是，所述的紫外LED和探测器同质集成芯片，所述绝缘层的材料包括SiO2、Si3N4、HfO2中的一种。
[0023]优选的是，所述的紫外LED和探测器同质集成芯片，所述金属反射层材料为Al、Al/Ti/Au中的一种。
[0024]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了一种所述的紫外LED和探测器同质集成芯片的制备方法，包括以下步骤：
[0025]在衬底上依次生长缓冲层、n型掺杂层、多量子阱层和p型掺杂层；
[0026]在衬底上制备出与LED器件和探测器相适配的区域，制备得到LED器件的第一n型掺杂层、第一多量子阱层和第一p型掺杂层，探测器的第二n型掺杂层、第二多量子阱层和第二p型掺杂层；
[0027]分别在LED器件的第一n型掺杂层和探测器的第二n型掺杂层上制备出台面；
[0028]在第一n型掺杂层上制备第一n型电极，在第二n型掺杂层上制备第二n型电极；
[0029]在第一p型掺杂层上制备第一p型电极，在第二p型掺杂层上制备第二p型电极。
[0030]优选的是，所述的紫外LED和探测器同质集成芯片的制备方法，若所述同质集成芯片还包括绝缘层和金属反射层，所述制备方法还包括：
[0031]在LED器件内外周面、探测器外周面以及LED器件和探测器之间制备绝缘层；
[0032]剥离部分绝缘层露出部分第一n型电极、第一p型电极、第二n型电极、第二p型电极；
[0033]在LED器件的外周面的绝缘层上制备金属反射层。
[0034]本专利技术的一种紫外LED和探测器同质集成芯片相对于现有技术具有以下有益效果：
[0035](1)本专利技术的紫外LED和探测器同质集成芯片，采用圆环状或圆弧状的LED器件以及位于LED器件内侧的探测器，取代现有集成芯片中侧向平行的方形LED和探测器，从方向上提高了LED出光的利用率，在有源区面积一定的情况下提高了LED和探测器侧壁的交互面积，便于探测器收集；
[0036](2)本专利技术的紫外LED和探测器同质集成芯片，通过在LED器件外周面设置金属反射层，利用金属反射层，使LED器件发出的大部分紫外光最终向中心区域出射，便于探测器
收集；在金属反射层以及圆环状或圆弧状的LED器件和探测器的作用下同质集成芯片中LED器件的光提取效率和电光转换效率大幅提高，探测器接收的入射光通量增大，灵敏度提高，集成芯片的光耗散有效减少，从而达到提高紫外LED和探测器同质集成芯片信号转换效率和传输速度的目的；
[0037](3)本专利技术的紫外LED和探测器同质集成芯片的制备方法，发光器件LED和探测器，两者具有相同的外延结构采用同一套微纳加工工艺同步制备而成，制备工艺简单。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1为本专利技术其中一个实施例中紫外LED和探测器同质集成芯片的结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紫外LED和探测器同质集成芯片，其特征在于，包括：衬底；缓冲层，其位于所述衬底一侧面；LED器件，其位于所述缓冲层远离所述衬底的侧面，所述LED器件为圆环状或圆弧状；探测器，其位于所述缓冲层远离所述衬底的侧面且位于所述LED器件内侧。2.如权利要求1所述的紫外LED和探测器同质集成芯片，其特征在于，所述LED器件包括依次贴合的第一n型掺杂层、第一多量子阱层和第一p型掺杂层，所述第一多量子阱层在所述第一n型掺杂层上的投影不完全覆盖所述第一n型掺杂层，所述第一n型掺杂层未被所述第一多量子阱层覆盖的表面设有第一n型电极，所述第一p型掺杂层表面设有第一p型电极。3.如权利要求2所述的紫外LED和探测器同质集成芯片，其特征在于，所述探测器包括依次贴合的第二n型掺杂层、第二多量子阱层和第二p型掺杂层，所述第二多量子阱层在所述第二n型掺杂层上的投影不完全覆盖所述第二n型掺杂层，所述第二n型掺杂层未被所述第二多量子阱层覆盖的表面设有第二n型电极，所述第二p型掺杂层表面设有第二p型电极。4.如权利要求3所述的紫外LED和探测器同质集成芯片，其特征在于，所述LED器件的内外周面、所述探测器外周面以及所述LED器件和所述探测器之间均设置有绝缘层。5.如权利要求4所述的紫外LED和探测器同质集成芯片，其特征在于，所述LED器件外周面的绝缘层上设置有金属反射层。6.如权利要求3所述的紫外LED和探测器同质集成芯片，其特征在于，所述缓冲层为AlN/AlGaN超晶格缓冲层；所述第一n型掺杂层、第二n型掺杂层均为n
‑
AlGaN层；所述第一多量子阱层、第二多量子阱层均为AlGaN多量子阱层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓娟，陈雨轩，黎大兵，蒋科，贲建伟，石芝铭，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：