CN117613168A - 一种用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体器件技术领域，提供一种用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片及其制备方法，所述发光芯片包括外延片；所述外延片自下而上依次包括衬底、底层外延层、有源层和顶层外延层；所述外延片的表面设置有刻蚀区和若干个发光区，所述刻蚀区铺设有绝缘介质层，绝缘介质层自顶层外延层延伸至底层外延层；各发光区同心设置且自内向外依次排布，各发光区之间由绝缘介质层隔开，对应每个发光区在顶层外延层上设置有电极；当所述发光芯片作为光源应用在具有分光镜的光学瞄准镜中时，相邻两个发光区在分光镜处形成的入眼光源图形交叠为一个图形。本发明通过调控不同发光区可以在无需分划板的前提下实现多尺寸图形快速无阻切换，提高光源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片及其制备方法。
背景技术
光学瞄准镜的分化图形和大小有不同的适用场景：大尺寸的圆点可提升强光条件下的近距离瞄准精度；小尺寸圆点可降低远距离瞄准误差；圆环图形可为快速瞄准及目标距离估算提供依据。如果为每一种使用场景单独配备一种光学瞄准镜，会增加成本。
传统光学瞄准镜采用的光源一般为半导体发光二极管或半导体激光二极管。光源一般成方形或圆形结构，为实现特定发光图形，需在光源之前放置具有特定图案的分化板。此时，由于光源所发出的大部分光都被分划板挡住了，只有很少的光发射出来，因此其光源利用率低。更重要的是，传统光学瞄准镜无法实现图形不同尺寸间的切换，如2MOA（Minuteof Arc minute）到4MOA。
发明内容
针对现有光学瞄准镜使用场景单一和多尺寸图形切换难度高、光源利用率低的问题，本发明提供一种用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片及其制备方法，可实现图形多尺寸的无阻切换。
本发明通过以下技术方案实现：
一种用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片，包括外延片；所述外延片自下而上依次包括衬底、底层外延层、有源层和顶层外延层；所述外延片的表面设置有刻蚀区和若干个发光区，所述刻蚀区铺设有绝缘介质层，所述绝缘介质层自顶层外延层延伸至底层外延层；各发光区同心设置且自内向外依次排布，各发光区之间由绝缘介质层隔开，对应每个发光区在顶层外延层上设置有电极；
当所述发光芯片作为光源应用在具有分光镜的光学瞄准镜中时，相邻两个发光区在分光镜处形成的入眼光源图形交叠为一个图形。
优选的，若干个发光区中位于最内部的发光区为圆形，其他发光区为圆环形，自内向外各发光区直径依次增大。
优选的，所述衬底为GaN、蓝宝石、硅片、SiC或CuW。
优选的，所述底层外延层包括缓冲层、n-GaN、DBR和p-GaN中的一层或几层。
优选的，所述顶层外延层包括n-GaN、DBR和p-GaN中的一层或几层。
优选的，所述有源层的材料为InGaN、AlGaN和GaN中的一种或多种。
优选的，所述电极为金属电极。
所述的用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片的制备方法，包括：
S1，在外延片上涂覆光刻胶，通过光刻定义出刻蚀区和非刻蚀区，所述非刻蚀区与发光区对应；
S2，刻蚀掉刻蚀区的顶层外延层、有源层及部分底层外延层，去除剩余的光刻胶；
S3，在S2得到的外延片上的刻蚀区制备绝缘介质层；
S4，在S3得到的外延片上涂覆光刻胶，根据发光区，通过光刻定义出电极覆盖区域，并在电极覆盖区域制备电极，去除剩余的光刻胶。
优选的，所述S3具体为：采用电子束蒸镀方法、热蒸镀方法、物理气相沉积方法或者磁控溅射方法在S2得到的外延片上的刻蚀区制备绝缘介质层，通过光刻或ICP刻蚀定义绝缘介质层覆盖范围，以使绝缘介质层覆盖刻蚀区。
一种光学瞄准镜，包括光源和分光镜，所述光源为所述的用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片，所述发光芯片的发射光线垂直入射在分光镜上，且相邻两个发光区在分光镜处形成的入眼光源图形交叠为一个图形。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
为解决光源的不同尺寸图形切换，特别是较小尺寸差异的图形切换难题，填补市场不同尺寸图形切换产品的空白，本发明从光源的发光芯片底层设计出发，设置若干个同心布置的发光区，并引入绝缘介质层作为发光芯片表面不同发光区的电学隔离层，利用发光芯片本身的发散角，并考虑人眼视觉分辨极限，可以实现入眼光源图形尺寸的改变及多尺寸图形的无阻切换。即便发光芯片各级发光区是分离的，但相邻两个发光区的光在特定分散角和人眼分辨率极限影响下，视觉感受仍为一个完整的图形，且通过调控不同发光区可以在无需分划板的前提下实现多尺寸图形快速无阻切换，提高光源利用率，还可满足光学瞄准镜的多场景应用需求，提升适配枪型多样化及性价比，推动瞄准镜多元化和智能化的发展。
本发明用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片的制备方法，工艺简单，制备效率高。
附图说明
图1为本发明用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片的结构示意图。
图2为本发明一种具体实施方式中发光芯片的发光区与实际入眼光源图形关系示意图。
图3为本发明实施例一的发光芯片制备工艺流程图。
其中，1为外延片，11为衬底，12为底层外延层，13为有源层，14为顶层外延层，2为光刻胶，3为绝缘介质层，4为电极。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行描述，这些描述只是进一步解释本发明的特征和优点，并非用于限制本发明的权利要求。
请参阅图1，本发明所述用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片，包括外延片1；所述外延片1自下而上依次包括衬底11、底层外延层12、有源层13和顶层外延层14；所述外延片1的表面设置有刻蚀区和若干个发光区，所述刻蚀区铺设有绝缘介质层3，所述绝缘介质层3自顶层外延层14延伸至底层外延层12；各发光区同心设置且自内向外依次排布，各发光区之间由绝缘介质层3隔开，对应每个发光区在顶层外延层14上设置有电极4；当所述发光芯片应用在具有分光镜的光学瞄准镜中时，相邻两个发光区在分光镜处形成的入眼光源图形交叠为一个图形。
本发明中所述的发光区的形状没有特别限制，例如，一种设置方式是：若干个发光区中位于最内部的发光区为圆形，其他发光区为圆环形，自内向外各发光区直径依次增大。
请参阅图2，为本发明一种具体的发光区设置方式，包括两个同心布置的发光区，位于内圈的发光区（简称为内圈发光区）为圆形，位于外圈的发光区（简称为外圈发光区）为圆环形。所述发光区的图形与实际入眼光源图形存在差异，其关系如图2所示。考虑发光芯片本身存在的发散角和人眼分辨率极限，即便发光芯片上各发光区的图形是分离的，人眼所见的入眼光源图形依然为完整的圆点图形，通过控制不同发光区发光，可以实现入眼光源图形尺寸的改变。
本发明所述衬底11可以为GaN、蓝宝石、硅片、SiC或CuW；所述底层外延层12可包含缓冲层、n-GaN、DBR（distributed Bragg reflection，分布式布拉格反射镜）和p-GaN中的一层或几层；所述顶层外延层14可包含n-GaN、DBR和p-GaN中的一层或几层；所述有源层13为InGaN、AlGaN和GaN中的一种或多种。所述绝缘介质层为二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锌或氮化硼中的任意一种或多种。本发明所述电极4优选为金属电极。所述金属电极的材料为金、银、镍、铝、铬、钛和铜中的一种或多种。
本发明所述用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片的制备方法，包括：
S1，在外延片1上涂覆光刻胶，通过光刻定义出刻蚀区和非刻蚀区，所述非刻蚀区与发光区对应；
S2，刻蚀掉刻蚀区的顶层外延层14、有源层13及部分底层外延层12，去除剩余的光刻胶；
S3，在S2得到的外延片上的刻蚀区制备绝缘介质层3；
S4，在S3得到的外延片上涂覆光刻胶，根据发光区，通过光刻定义出电极覆盖区域，并在电极覆盖区域制备电极，去除剩余的光刻胶。
本发明所述的用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片能够应用于光学瞄准镜中，所述光学瞄准镜包括光源和分光镜，所述光源为上述用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片，所述发光芯片的发射光线垂直入射在分光镜上，且相邻两个发光区在分光镜处形成的入眼光源图形交叠为一个图形。
实施例一
请参阅图2，本实施例提供用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片，包括外延片1；所述外延片1自下而上依次包括衬底11、底层外延层12、有源层13和顶层外延层14；所述外延片1的表面设置有刻蚀区和两个发光区，所述刻蚀区铺设有绝缘介质层3，所述绝缘介质层3自顶层外延层14延伸至底层外延层12；两个发光区同心设置且自内向外依次排布，内圈发光区为圆形，外圈发光区为圆环形，两发光区之间由绝缘介质层3隔开。对应每个发光区在顶层外延层14上设置电极4；当所述发光芯片应用在具有分光镜的光学瞄准镜中时，两个发光区在分光镜处形成的入眼光源图形交叠为一个图形。
考虑光源的发散角和人眼分辨率极限，基于目标需求（2MOA-6MOA），设计相应的内圈发光区、外圈发光区直径范围。例如，分光镜焦距为30mm时，考虑人眼分辨率极限为1MOA，可计算出人眼在30mm时所能区分的最小尺寸为2π*30*（1/60）/360（mm）=8.7 微米，即发光区间距小于这一数值时人眼无法区分，所看到的相邻发光区会融为一体。根据目标需求（2MOA-6MOA），在30mm的分光镜处光源大小变化为17.4微米（8.7*2）到52.2（8.7*6）微米。同时考虑光源具有一定发散角，对应的发光芯片尺寸应小于光点尺寸，因此设计内圈发光区直径13微米，外圈发光区内径直径31微米，外圈发光区外径直径51微米。此时人眼观测到的内圈光斑、外圈光斑之间无间隙，且内圈光斑满足2MOA，外圈光斑满足6MOA。
当目标需求为2MOA-4MOA时，设计内圈发光区直径为7微米，外圈发光区内径直径17微米，外圈发光区外径直径为23微米。此时人眼观测到的内圈光斑、外圈光斑之间无间隙，且内圈光斑满足2MOA，外圈光斑满足4MOA。
本实施例将基于CuW衬底实现圆点图形发光芯片，其中，所述底层外延层12为p-GaN，所述底层外延层12包含可选结构DBR，p-GaN位于DBR上；顶层外延层14为n-GaN；有源层13为InGaN/GaN多量子阱结构。
本实施例以CuW为衬底的外延片可采用商用的GaN外延片通过垂直结构LED的制备工艺实现，例如包括反光镜电极制作、金属键合、衬底转移、蓝宝石剥离技术等几个重要工艺，以商用的GaN外延片制备以CuW为衬底的外延片的工艺为现有的常规工艺，本发明不再做过多的阐述。
参阅图3，基于上述以CuW为衬底的外延片制备对应的发光芯片，具体包括以下步骤：
1）采用浓硫酸、双氧水和水，按照3:1:1的体积比配制清洗溶液，在130℃的温度下利用配制的清洗溶液清洗外延片，清洗时间为10min，再用丙酮和乙醇对外延片分别超声清洗5min，然后将外延片通过去离子水反复冲洗后用氮***吹干；
2）将外延片放置于匀胶机上，并用吸盘固定，在顶层外延层14上涂覆光刻胶，并根据设定好的发光区的范围，通过曝光和显影定义出刻蚀区和非刻蚀区，所述非刻蚀区与发光区对应。
3）以光刻胶为掩膜层，采用干法刻蚀或湿法腐蚀刻蚀区，刻蚀掉刻蚀区的顶层外延层14、有源层13及部分底层外延层12，从而将光刻胶图形转移到外延片中，刻蚀深度为300-500nm，达到底外延层；并通过去胶液去除剩余的光刻胶。
4）随后采用电子束蒸镀方法、热蒸镀方法、物理气相沉积方法或者磁控溅射方法在去除剩余光刻胶2后的外延片上制备绝缘介质层3，绝缘介质层厚度为300-500nm，根据发光区，通过光刻或ICP刻蚀定义绝缘介质层覆盖范围，以使绝缘介质层覆盖刻蚀区。根据绝缘介质层的材料选择选取合适的刻蚀方法。如绝缘介质层的材料为SiO2/SiN可采用ICP刻蚀，以O2和CF4或CHF4为刻蚀气体，刻蚀功率为300W，压力为2Pa，时间为1min左右。
5）在步骤4）得到的外延片上涂覆光刻胶，以光刻胶作为掩模板通过光刻定义出电极覆盖区域，采用电子束蒸镀方法、热蒸镀方法、物理气相沉积方法或者磁控溅射方法在电极覆盖区域制备金属电极，将制备好金属电极的外延片放入去胶液中，通过超声去除非电极区剩余的光刻胶。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片，其特征在于，包括外延片（1）；所述外延片（1）自下而上依次包括衬底（11）、底层外延层（12）、有源层（13）和顶层外延层（14）；所述外延片（1）的表面设置有刻蚀区和若干个发光区，所述刻蚀区铺设有绝缘介质层（3），所述绝缘介质层（3）自顶层外延层（14）延伸至底层外延层（12）；各发光区同心设置且自内向外依次排布，各发光区之间由绝缘介质层（3）隔开，对应每个发光区在顶层外延层（14）上设置有电极（4）；
当所述发光芯片作为光源应用在具有分光镜的光学瞄准镜中时，相邻两个发光区在分光镜处形成的入眼光源图形交叠为一个图形。
2.根据权利要求1所述的用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片，其特征在于，若干个发光区中位于最内部的发光区为圆形，其他发光区为圆环形，自内向外各发光区直径依次增大。
3.根据权利要求1所述的用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片，其特征在于，所述衬底（11）为GaN、蓝宝石、硅片、SiC或CuW。
4.根据权利要求1所述的用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片，其特征在于，所述底层外延层（12）包括缓冲层、n-GaN、DBR和p-GaN中的一层或几层。
5.根据权利要求1所述的用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片，其特征在于，所述顶层外延层（14）包括n-GaN、DBR和p-GaN中的一层或几层。
6.根据权利要求1所述的用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片，其特征在于，所述有源层（13）的材料为InGaN、AlGaN和GaN中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片，其特征在于，所述电极（4）为金属电极。
8.权利要求1-7任一项所述的用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片的制备方法，其特征在于，包括：
S1，在外延片（1）上涂覆光刻胶，通过光刻定义出刻蚀区和非刻蚀区，所述非刻蚀区与发光区对应；
S2，刻蚀掉刻蚀区的顶层外延层（14）、有源层（13）及部分底层外延层（12），去除剩余的光刻胶；
S3，在S2得到的外延片上的刻蚀区制备绝缘介质层（3）；
S4，在S3得到的外延片上涂覆光刻胶，根据发光区，通过光刻定义出电极覆盖区域，并在电极覆盖区域制备电极，去除剩余的光刻胶。
9.根据权利要求8所述的用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片的制备方法，其特征在于，所述S3具体为：采用电子束蒸镀方法、热蒸镀方法、物理气相沉积方法或者磁控溅射方法在S2得到的外延片上的刻蚀区制备绝缘介质层（3），通过光刻或ICP刻蚀定义绝缘介质层（3）覆盖范围，以使绝缘介质层（3）覆盖刻蚀区。
10.一种光学瞄准镜，其特征在于，包括光源和分光镜，所述光源为权利要求1-7任一项所述的用于光学瞄准镜的尺寸可调的发光芯片，所述发光芯片的发射光线垂直入射在分光镜上，且相邻两个发光区在分光镜处形成的入眼光源图形交叠为一个图形。
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