引言
本文在研究銦鎵氮化物發光二極體和pho-的片上整合，中心放置的光電探測器在響應和發光均勻性方面是最佳的。在許多照明應用中，發光二極體和光電探測器的共同整合對於光輸出的實時監控可能是有用的。以前在這種片上整合的嘗試中，使用了彼此相距幾十或幾百微米的器件。
實驗討論結果
使用的器件材料是6 m InGaN/GaN，有源區由多個量子阱組成，透過金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)在4英寸藍寶石上生長。該材料被製造成四種類型的1000米×1000米發光二極體，在不同位置包含電絕緣的280米×280米光電探測器區域(圖1)。
圖1
發光二極體和光電探測器之間的間隙為10米。製造包括對n接觸層的電感耦合等離子體(ICP)蝕刻、氧化銦錫(ITO)電流擴散層沉積、對藍寶石襯底的檯面隔離蝕刻、金屬電極沉積、二氧化矽(SiO2)鈍化、23對矽/二氧化鈦電介質分散式布拉格反射器(DBR)沉積、金屬焊盤沉積、快速熱退火(RTA)、襯底減薄和切割成單獨的晶片。晶片被翻轉到印刷電路板上進行測試。在100毫安電流注入下，發光二極體輸出功率達到103.5–106.6毫瓦，在0–100毫安範圍內線性增加。20mA時的正向電壓為2.73–2.75伏。隨著10–100毫安範圍內電流的增加，峰值波長從443奈米縮短至441奈米，而光譜寬度從不到18奈米增加至20奈米以上。光電探測器部分的響應峰值小於410奈米，但峰值足夠寬，對發光二極體有一定的響應。
隨著波長的增加，響應曲線呈現逐漸減小的趨勢而不是急劇下降，這主要是由於一個組合帶來的拖尾效應，量子限制斯塔克效應和銦含量波動。響應度可擴充套件至~ 442奈米，與發射光譜重疊約30奈米。"光電探測器部分對環境光的響應很小，顯示出與黑暗條件幾乎相同的電流-電壓行為(圖2)。
圖2
圖2隨著發光二極體電流注入的變化，光電探測器電流(IPD)與電壓的關係。(b) IPD對發光二極體電流(ILED)。實線表示與分散資料點的擬合。插圖總結了擬合線的斜率和R2相關性。
對此的部分解釋是，指出銦鎵氮/氮化鎵發光二極體材料針對發光二極體製造進行了最佳化，而不是針對寬頻可見光檢測。與來自氮化鎵/藍寶石折射率對比的發光二極體產生的光的強全內反射相比，外部光的耦合能力也有差異。
光電探測器的位置很重要，用於檢測來自發光二極體的光，中心放置的光電探測器在100毫安注入時具有比角落光電探測器大33%的光電流響應。中央位置也是確保發光二極體發射均勻性的最佳位置。
還在裝置的藍寶石發射側應用黃色磷光體，以獲得具有(0.32，0.33) CIE顏色座標的“白色”光。與矽基光電探測器相比，片上光電探測器的響應LED上方3mm處的光電探測器在高電流注入時為1.41倍，在較低電流注入時為1.25倍。並指出，在高電流下，發光二極體的峰值波長較短，並向峰值波長移動。
