本发明专利技术涉及一种在单个衬底上整合集成电路、发光元件及传感元件的器件，结构简单紧凑，降低成本。具体的，在一个单衬底电子器件中包含一个半导体衬底，一个或多个构建于所述半导体衬底上的发光元件，一个或多个构建于所述半导体衬底上的传感元件，一个或多个组装在所述半导体衬底上的集成电路，以及利用微机电系统（MEMS）技术构建的一个或多个三维运动/加速定位仪。发光元件通过响应一个电流信号而发光。传感元件通过响应其邻近范围内的光亮，输出一个图像传感信号。三维运动/加速定位仪给出与器件的位置变化情况相匹配的运动传感信息。集成电路对图像传感信号或运动传感信号进行处理，并给发光元件发送所述电流信号。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体
中一种装配在单个半导体衬底上的电子器件，特别涉及一种在单个衬底上整合集成电路、发光元件及传感元件的器件。
技术介绍
固态光源，例如发光二极管(LED)和激光二极管，与白炽灯或荧光灯相比具有非常大的优势。固态光源通常比传统的白炽灯或荧光灯的效率更高且产热更少。当发光二级管(LED)或激光二极管被置于红、绿、蓝元件列时，它们可作白光源或多彩显示。尽管固态发光具有某些优势，但传统的用于固态发光的半导体结构和设备价格相对昂贵。固态发光元件的高成本部分归因于其相对复杂和耗时的生产エ艺。根据图I所示，一种先有技术的LED结构100包含一个衬底105，例如蓝宝石衬底。缓冲层110位于衬底105上。缓冲层110主要作为ー个润湿层，以促进蓝宝石衬底光滑且均匀覆盖。缓冲层310通常是经金属有机化学气相沉积法(MOCVD)形成的ー个薄的非结晶层。有n型掺杂的III-V族化合物层120位于缓冲层110上。所述有n型掺杂的III-V族化合物层120通常是由氮化镓(GaN)组成。氮化铟镓(InGaN)的量子阱层130位于有n型掺杂的III-V族化合物层120上。ー个活性III-V族化合物层140形成于氮化铟镓(InGaN)的量子阱层130上。有p型掺杂的III-V族化合物层150形成于活性III-V族化合物层140上。P电极160 (正极)形成于有p型杂质的III-V族化合物层150上。n电极170 (负极)形成于有n型杂质的III-V族化合物层120上。GaN晶体在不同的晶体方向上具有不同的导电性。(0001)晶面垂直于c轴，与其他平面相比具有最高的电极性。(1-100)晶面垂直于m轴，是非极性的。其他GaN晶面，例如(1-101),都是半极性的，其电极性小于(0001)晶面。GaN晶体的不同晶面，也具有不同的光学性质。非极性(1_100)晶面的内部量子效率(IQE)最高；而半极性晶面，例如(0001)平面的量子效率稍低。极性的(0001)晶面的量子效率最低。在发光元件中，需要从非极性或半极性晶面产生发光，从而获得较高的光强度。早期的GaN LED在蓝宝石、碳化硅或尖晶石衬底(图I中的105)上成形。最近，试图在LiA102衬底上生长具有非极性发光面的GaN发光元件。尽管这些LED结构的光发射是光谱稳定且极化的，但由于在LiA102衬底上生长的过程中，GaN晶体内会产生很多瑕疵，其发光强度较低。
技术实现思路
本专利技术公开了ー种电子器件，包含构建在单半导体衬底上的集成电路、发光元件比如发光二极管(LED)和传感元件，以及利用微机电系统(MEMS)技术构建的ー个或多个三维运动/加速定位仪。本专利技术所述的电子器件能将多个常规器件的功能综合到ー块独立的衬底上，因此相比常规器件，结构更简单、更紧凑，成本也更低。、本专利技术的单衬底器件使用LED发光元件，能降低能源消耗。所述单衬底器件上的LED作为光源使用时，传感元件可用来感知光源附近的运动。只有感知到光源周围有运动吋，LED发光元件才被点亮。本专利技术的单衬底器件也可作为图像传感器使用或用在带有光源的相机上。一方面，本专利技术涉及一种单衬底电子器件，其包含一个半导体衬底；构建在所述半导体衬底上的ー个或多个发光元件，所述发光元件设置为通过响应一个电流信号而发光；构建在所述半导体衬底上的一个或多个传感元件，所述传感元件设置为通过响应单衬底电子器件邻近区域的光信号，来输出ー个图像传感信号；还有ー个或多个形成在所述半导体衬底上的集成电路。所述的ー个或多个集成电路可处理来自传感元件的图像传感信号，并对从传感元件接收到的图像传感信号做出响应，从而产生ー个电流信号。另ー方面，本专利技术涉及一个单衬底电子器件，其包含ー个半导体衬底，所述半导体衬底含有ー个第一表面和ー个第二表面；ー个或多个发光元件构建在所述第一表面上，所述发光元件设置为通过响应一个电流信号而发光；一个或多个传感元件构建在所述第一表面上，所述传感元件设置为通过响应单衬底电子器件邻近区域的光信号，来输出ー个图像传感信号；还有ー个或多个形成在所述半导体衬底第二表面上的集成电路。所述ー个或多个集成电路可处理来自传感元件的图像传感信号，并对从传感元件接收到的图像传感信号做出响应，从而产生ー个电流信号。另ー方面，本专利技术还涉及ー种单衬底电子器件，其包含ー个以(100)晶面作为上表面的娃衬底，在上表面位置开设有ー个或多个凹槽，并将凹槽的一部分限定为娃衬底的(111)晶面；ー个或多个发光元件，其包含位于其中ー个(111)晶面上的GaN晶体结构，GaN晶体结构具有一个非极性平面，和ー个平行于该非极性平面的第一平面；第一平面上有发光层，该发光层具有至少ー个含GaN的量子阱。所述发光层设置为通过响应ー个电流信号而发光；所述单衬底电子器件还包含一个或多个构建在所述硅衬底上的传感元件，所述传感元件设置为通过响应单衬底电子器件邻近区域的光信号，来输出ー个图像传感信号；还有ー个或多个形成在所述硅衬底上的集成电路，所述ー个或多个集成电路设置为能够响应并处理来自传感元件的图像传感信号，并将形成的所述电流信号输送给所述发光元件。所述单衬底电子器件的实施包含下述的ー个或多个方面。所述ー个或多个集成电路从所述传感元件接收到图像传感信号，并对此做出响应，产生所述电流信号，以触发所述发光元件发光。所述发光元件和所述传感元件可构建在所述半导体衬底的第一表面上。一个或多个集成电路可形成在所述半导体衬底的第二表面上。所述第二表面位于所述半导体衬底的ー侧，与所述第一表面相对。所述发光兀件可发出光脉冲，在光脉冲存在的周期内，所述传感元件关闭。在发光元件发出的光脉冲的间隔期间，所述传感元件可在所述单衬底电子器件邻近区域探測光信号。所述半导体衬底可以是ー个具有ー个(111)晶面的硅衬底，其中所述发光元件包含一个位于(111)晶面上的GaN晶体结构，所述GaN晶体结构包含一个非极性平面，ー个平行于该非极性平面的第一平面，和位于第一平面上的发光层。该发光层具有至少ー个含GaN的量子阱。所述发光元件还可包含如下所述的ー个或多个部分第一平面可基本垂直于硅基底的(111)晶面。第一平面以硅基底的(111)晶面的ー侧边缘为边界。第一平面还可基本垂直于GaN晶体结构(1-100)方向的m轴。GaN晶体结构也可以包含一个半极性平、面，和ー个平行于该非极性平面的第二平面，其中GaN晶体结构可以包含一个极性平面和ー个平行于该极性平面的第三平面，第二平面位于第一平面与第三平面之间。所述GaN晶体结构是可掺杂的，并具有导电性。所述单衬底电子器件还可包含一个位于所述发光层上的上电极层，所述发光层位于所述GaN晶体结构与所述上电极层之间，当施加有穿过所述发光层的电场时，该发光层发光。所述发光兀件可进ー步包含有位于所述娃衬底的(111)晶面与所述GaN晶体结构之间的反射层。所述发光元件可进ー步包含有位于所述反射层与所述娃衬底的(111)晶面之间的缓冲层。所述娃衬底可进一步包含一个(100)晶面的上表面和成形于所述(100)晶面上表面的一个凹槽,该凹槽的一部分被限定为娃衬底的(111)晶面。所述凹槽的形状是沟槽形、倒金字塔形，或截短的倒金字塔形。所述量子阱可包含若干个InGaN层和GaN层。所述单衬底电子器件本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单衬底电子器件，其特征在于，包含：一个半导体衬底；一个或多个在所述半导体衬底上构建的发光元件，所述发光元件设置为通过响应一个电流信号来发光；一个或多个在所述半导体衬底上构建的传感元件，所述传感元件对与其邻近的光信号进行响应，并输出一个图像传感信号；以及，一个或多个在所述半导体衬底上构建的集成电路，所述集成电路通过处理所述图像传感信号来形成所述电流信号，并将所述电流信号输送到所述发光元件。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：潘小和，
申请(专利权)人：矽光光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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