自给式发光二极管组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种自给式发光二极管组件，包括一包含太阳能电池和发光二极管的一体化元件和一包含存储功能的控制元件。其中太阳能电池和发光二极管为一体化外延和芯片结构，依次至少包含衬底、第一N型半导体层、光吸收层、P型半导体层、发光层、第二N型半导体层、N电极和P电极，二者无需额外连接层进行连接，直接制备完成，简化制备工艺并降低成本，适合大规模生产，且为自给式纯绿色光电器件，符合国家节能减排战略的需要。
【专利说明】自给式发光二极管组件
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种半导体光电组件，具体是一种自给式发光二极管组件。
【背景技术】
[0002] 近年来，发光二极管（LED)和太阳能电池作为绿色光源和绿色能源已逐步应用 在工农业以及人们的生活中，然而两种器件通常为分开应用或通过外部连接层结合后应 用。例如：中国发明专利200810145853. 9是采用结合层将LED与太阳能电池连接，中 国实用新型专利201020223192. X是采用胶膜将LED与太阳能电池连接，中国发明专利 200810301433. 5是采用连接电极将LED与太阳能电池连接，额外连接层会造成能量的损 耗、工艺难度及成本的增加，而且我们还面临着日益加重的能源和环境危机，因此，有必要 提出一种一体化结合太阳能电池与发光二极管的元件，以解决上述存在的问题。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明提供一种自给式发光二极管组件，其采用太阳能电池与发 光二极管的一体化元件，实现自给式发光，无需其他外部连接层，简化工艺并降低成本。
[0004] 自给式发光二极管组件，包括：一包含太阳能电池和发光二极管的一体化元件，依 次至少包含衬底、第一 N型半导体层、光吸收层、P型半导体层、发光层、第二N型半导体层、 N电极和P电极；一控制元件，用于控制太阳能电池和发光二极管。
[0005] 所述光吸收层材料为InxGai_xN，其中0 < X < 1，优选范围为O.OfO. 5,可以为 InGaN量子阱层或InGaN量子点层或InGaN层或其任意组合。
[0006] 所述发光层材料为InyGai_yN，其中0 < y < 1，优选范围为0. 2~0. 6，可以为InGaN 量子阱层或InGaN量子点层或InGaN层或其任意组合。
[0007] 优选的，所述光吸收层所吸收光谱与发光层所发射光谱交叠率< 50%，优选< 5%。
[0008] 所述N电极至少包含第一 N电极和第二N电极。
[0009] 所述第一 N电极和P电极通过引线连接构成太阳能电池，第二N电极和P电极通 过引线连接构成发光二极管。
[0010] 所述太阳能电池和发光二极管为一体化外延和芯片结构，二者中间不需额外连接 层和连接工艺，芯片制备工艺中太阳能电池面积与发光二极管面积的比例可调节，比例为 1 :z，其中0 < Z彡1，优选范围0. 5?1。
[0011] 所述控制元件同时具有存储功能和控制功能，用于存储电能以及控制太阳能电池 和发光二极管，使自给式发光二极管组件可以单独发电、单独发光或同时发电和发光。
[0012] 本发明所述的自给式发光二极管组件，至少具有以下有益效果： (1) 通过外延和芯片工艺直接制备完成太阳能电池和发光二极管结合的一体化元件， 无需分开制备后再结合工艺和额外连接层，从而简化制备工艺并降低成本； (2) 太阳能电池和发光二极管结合的一体化元件的芯片制作工艺可实现太阳能电池面 积与发光二极管面积的比例根据需要进行调节，利于更优化的设计； (3)太阳能电池和发光二极管结合的一体化元件再连接一具有存储功能的控制元件， 组成一自给式发光二极管，可直接设置在建筑物橱窗/顶棚及其他户外应用之处，可以单 独发电、单独发光或同时发电和发光，实现自给自足，更加高效和绿色。
[0013] 本发明所述自给式发光二极管组件为绿色器件且制备工艺简单，适用于大规模生 产和国家节能减排战略的需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按 比例绘制。
[0015] 图1为本发明实施例自给式发光二极管组件的剖面示意图。
[0016] 图2为本发明实施例自给式发光二极管组件可调节面积的剖面示意图。
[0017] 图中标示：100 :衬底；101 :缓冲层；102a :第一 N型半导体层；102b :第二N型半导 体层；103 :光吸收层；104 :P型半导体层；105 :发光层；106a :第一 N电极；106b :第二N电 极；107 :P电极；108 :绝缘保护层；109 :引线；110 :控制元件。
【具体实施方式】
[0018] 下面将结合示意图对本发明的自给式发光二极管组件进行更详细的描述。 实施例
[0019] 如图1所示，本发明提供一种自给式发光二极管组件，从下至上依次包括： (1) 一衬底100,所述衬底选用蓝宝石（Sapphire)或晶格常数（lattice constant)接 近于氮化物半导体的单晶氧化物，在本实施例优选为Sapphire衬底； (2) -缓冲层101，所述缓冲层生长在衬底100之上； (3) -第一 N型半导体层102a，所述第一 N型半导体层生长在缓冲层101之上； (4) 一光吸收层103,所述光吸收层生长在第一 N型半导体层102a之上，所述光吸收层 材料为InxGa卜其其中0 < X < 1，优选范围为0. 01~0. 5,可以为InGaN量子阱层或InGaN 量子点层或InGaN层或其任意组合； (5) - P型半导体层104,所述P型半导体层生长在光吸收层103之上； (6) -发光层105,所述发光层生长在P型半导体层104之上，所述发光层材料为InyGa hN，其中0 < y < 1，优选范围为0. 2~0.6,可以为InGaN量子阱层或InGaN量子点层或 InGaN层或其任意组合；进一步优选的，所述光吸收层所吸收光谱与发光层所发射光谱交 叠率彡50%，优选彡5% ; (7) -第二N型半导体层102b，所述第二N型半导体层生长在发光层105之上生长，至 此完成太阳能电池与发光二极管的一体化外延结构； (8) 通过蚀刻工艺暴露出部分第一 N型半导体层102a、第二N型半导体层102b和P型 半导体层104,分别在其上制作第一 N电极106a、第二N电极106b和P电极107 ;至此完成 太阳能电池与发光二极管的一体化芯片结构。其中；太阳能电池面积与发光二极管面积比 例可调节，比例为1 :z，其中0 < z < 1，优选范围0. 5~1，如图2所示； (9) 分别在第一 N电极106a、第二N电极106b和P电极107上连接引线，第一 N电极 106a和P电极107引线构成太阳能电池，第二N电极106b和P电极107引线构成发光二极 管； (10) 太阳能电池第一 N电极106a和P电极107引线、发光二极管第二N电极106b和 P电极107引线均连接至控制元件110,控制元件110具有存储功能和控制功能，用于存储 电能以及控制太阳能电池和发光二极管，使自给式发光二极管组件可以单独发电、单独发 光或同时发电和发光；至此完成自给式发光二极管组件的制备。
[0020] 以上所制备的自给式发光二极管组件，为太阳能电池和发光二极管结合的一体化 元件，外延和芯片工艺均为一体化，无需分开制备后再结合工艺及额外连接层，简化制备工 艺和降低成本。作为自给式发光二极管，可直接设置在建筑物橱窗/顶棚及其他户外应用 之处，可以单独发电、单独照明/显示或同时发电和照明/显示，更加清洁和高效，实现自给 自足。
[0021] 本发明所述自给式发光二极管为绿色器件且制备工艺简单，适用于大规模生产和 国家节能减排战略的需要。
[0022] 以上表示了本发明的优选实施例，应该理解的是，本领域技术人员可以修改在此 描述的本发明，而仍然实现本发明的有益效果。因此，以上描述应当被理解为对于本领域技 术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明 的保护范围之内。
【权利要求】
1. 自给式发光二极管组件，包括： 一包含太阳能电池和发光二极管的一体化元件，依次至少包含衬底、第一 N型半导体 层、光吸收层、P型半导体层、发光层、第二N型半导体层、N电极和P电极； 一控制元件，用于控制太阳能电池和发光二极管。
2. 根据权利要求1所述的自给式发光二极管组件，其特征在于：所述光吸收层材料为 InpahN，其中 0· 01 彡 X 彡 0· 5。
3. 根据权利要求2所述的自给式发光二极管组件，其特征在于：所述光吸收层为InGaN 量子阱层或InGaN量子点层或InGaN层或其任意组合。
4. 根据权利要求1所述的自给式发光二极管组件，其特征在于：所述发光层材料为 InyGai_yN，其中 0· 2 彡 y 彡 0· 6。
5. 根据权利要求4所述的自给式发光二极管组件，其特征在于：所述发光层为InGaN 量子阱层或InGaN量子点层或InGaN层或其任意组合。
6. 根据权利要求1所述的自给式发光二极管组件，其特征在于：所述光吸收层所吸收 光谱与发光层所发射光谱交叠率< 5%。
7. 根据权利要求1所述的自给式发光二极管组件，其特征在于：所述N电极至少包含 第一 N电极和第二N电极。
8. 根据权利要求1所述的自给式发光二极管组件，其特征在于：所述第一 N电极和P电 极通过引线连接构成太阳能电池，所述第二N电极和P电极通过引线连接构成发光二极管。
9. 根据权利要求1所述的自给式发光二极管组件，其特征在于：所述太阳能电池和发 光二极管为一体化外延和芯片结构，二者中间无任何额外连接层和连接工艺，芯片制备工 艺中太阳能电池面积与发光二极管面积比例为1 :z，其中〇. 5 < z < 1。
10. 根据权利要求1所述的自给式发光二极管组件，其特征在于：所述控制元件同时具 有存储功能和控制功能，用于存储电能以及控制太阳能电池和发光二极管，使自给式发光 二极管组件单独发电或单独发光或同时发电、发光。
【文档编号】H01L33/00GK104124312SQ201410398578
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】董木森, 申利莹, 王笃祥, 王良均 申请人:天津三安光电有限公司