CN106783846B - 多环p型电极和螺旋线圈的可见光通信器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多环p型电极和螺旋线圈的可见光通信器件，包括若干个LED芯片串联组成的LED芯片阵列，还包括电感线圈，所述电感线圈LED芯片阵列串联，所述电感线圈的电感值L满足：所述LED芯片的p型电极层用三环导电材料制作，由内到外分别为金属Al环形电极、氧化锌环形电极和纳米银环形电极。
Description
技术领域
本发明涉及可见光通信领域，具体涉及一种具有多环p型电极和螺旋线圈的可见光通信器件。
背景技术
随着对可见光通信器件的深入研究，产业应用对该器件的性能有了更高的追求，特别是对于表面出光率和响应速率的要求。在通信中要快速获取信号则发送端必需快速发出信号，这就要求可见光通信中的LED芯片具有快速的响应速率，即，要求LED芯片在高频输入信号下，输出信号无衰减或衰减很小，这样才能使接收端接收到该信号。只有当LED芯片能在足够高的输入频率下正常工作时，信号才能及时发出，接收端才能及时接收到信号。
现有的可见光通信LED芯片的p型电极层是使用透光率较低的材料做成的，而且是直接串联多个LED芯粒用于通信，其表面出光效率相对较低、响应速率相对较慢。表面出光效率相对较低的一个原因p型电极层的透光率较低，而响应速率慢是由于LED芯片自身的势垒电容和扩散电容使得输出信号随着输入信号频率的增加而衰减，当输出信号衰减到3dB以下时，信号很难接收，也就是说最初使用的可见光通信器件不能用于更快速的传送信号。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的缺陷，提供一种多环p型电极和螺旋线圈的可见光通信器件，采用的技术方案如下：
一种多环p型电极和螺旋线圈的可见光通信器件，包括若干个LED芯片串联组成的LED芯片阵列，还包括电感线圈，所述电感线圈LED芯片阵列串联，所述电感线圈的电感值L满足：所述LED芯片的p型电极层用三环导电材料制作，由外到内分别为金属Al环形电极、氧化锌环形电极和纳米银环形电极。
本发明中，设置电感线圈并使其与可见光通信器件的LED芯片形成串联电路，螺旋线圈将产生电感，这将抵消LED芯片的部分电容，甚至使电路达到感抗性质，当电路的电容被部分或完全抵消或者达到感抗性质，LED输出信号随着输入信号频率的增加衰减点会变大，因此其响应速率必然加快。
同时，LED芯片的p型电极层用三环透光率较高的导电材料制作，由内环到外环分别是金属Al环形电极、氧化锌环形电极和纳米银环形电极。Al环形电极透光，且其导电性好；氧化锌环形电极具有99％的透光率，并且导电性能较好，纳米银颗粒状环形电极具有比较好的导电性和透光率，可以提升表面出光效率。
本发明中，LED芯片的p型电极层制备方法包括：
(1)采用PECV(电子束蒸发)设备蒸镀金属Al,利用化学刻蚀方法将其刻蚀成环形电极；
(2)采用MOCVD(金属有机气相淀积)设备，蒸镀氧化锌薄膜，利用干法或者湿法刻蚀技术，将其刻蚀成环形氧化锌电极；
(3)采用PECVD蒸镀或者MOCVD技术生长纳米银，使其形成网状纳米银矩形电极。
作为优选，所述Al环形电极的厚度为2～5nm。
2～5nm厚的金属Al环形导电电极6具有90％的透光率。
作为优选，所述LED芯片依次包括位于衬底保护层上的缓冲层、产生电子的n型层、电子阻挡层、p型层、透明导电电极层和p形电极层。
作为优选，本发明包括两个LED芯片，电感线圈的一端与一LED芯片的正极连接，该LED芯片的负极作为整个器件的负极，另一端与与另一LED芯片的负极连接，该LED芯片的正极作为整个器件的正极。
作为优选，本发明包括12个LED芯片，12个LED芯片排列成正方形，电感线圈位于正方形中央，电感线圈一端与第一LED芯片的正极连接，另一端与第二LED芯片的负极连接，以第一LED芯片为分界点，第二LED芯片为最后一个芯片，12个LED芯片分成两组，第一组内前一个LED芯片的正极与后一个LED芯片的负极连接，第二组内前一个芯片的负极与后一个LED芯片的正极连接，此处前后为按连接顺序排列的前后，第一组首个LED芯片的负极作为器件的负极，第二组首个LED芯片的正极作为器件的正极。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明中，设置电感线圈并使其与可见光通信器件的LED芯片形成串联电路，螺旋线圈将产生电感，这将抵消LED芯片的部分电容，甚至使电路达到感抗性质，当电路的电容被部分或完全抵消或者达到感抗性质，LED输出信号随着输入信号频率的增加衰减点会变大，因此其响应速率必然加快。同时，LED芯片的p型电极层用三环透光率较高的导电材料制作，提升了表面出光效率。
附图说明
图1是本发明实施例1的器件的平面图；
图2是本发明实施例1的器件的剖面图；
图3是本发明实施例的螺旋线圈的平面图；
1、蓝宝石衬底，2、p型GaN，3、n型GaN，4、金属Al环形电极，5、氧化锌环形电极，6、纳米银环形电极，7、p型GaN，8、连接线，9、电感线圈引脚，10、电感线圈引脚，11、连接线，12、整个器件的正极，13、整个器件的负极，14、填充的二氧化硅。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例1：
如图1至图3所示，一种多环p型电极和螺旋线圈的可见光通信器件，包括若干个LED芯片串联组成的LED芯片阵列，其特征在于，还包括电感线圈，所述电感线圈LED芯片阵列串联，所述电感线圈的电感值L满足：j是复数单位，C为电路中LED芯片阵列所带来的电容，ω0为电路的频率。
所述LED芯片的p型电极层用三环导电材料制作，由外到内分别为金属Al环形，电极6、氧化锌环形电极5和纳米银环形电极4。
本实施例中，设置电感线圈并使其与可见光通信器件的LED芯片形成串联电路，螺旋线圈将产生电感，这将抵消LED芯片的部分电容，甚至使电路达到感抗性质，当电路的电容被部分或完全抵消或者达到感抗性质，LED输出信号随着输入信号频率的增加衰减点会变大，因此其响应速率必然加快。
同时，LED芯片的p型电极层用三环透光率较高的导电材料制作，由内环到外环分别是金属Al环形电极6、氧化锌环形电极5和纳米银环形电极4。Al环形电极6透光且其导电性好；氧化锌环形电极5具有99％的透光率，并且导电性能较好，纳米银颗粒状环形电极4具有比较好的导电性和透光率，可以提升表面出光效率。
本实施例中，LED芯片的p型电极层制备方法包括：
(1)采用PECV(电子束蒸发)设备蒸镀金属Al,利用化学刻蚀方法将其刻蚀成环形电极；
(2)采用MOCVD(金属有机气相淀积)设备，蒸镀氧化锌薄膜，利用干法或者湿法刻蚀技术，将其刻蚀成环形氧化锌电极；
(3)采用PECVD蒸镀或者MOCVD技术生长纳米银，使其形成网状纳米银矩形电极。
所述Al环形电极6的厚度为2～5nm。
2～5nm厚的金属Al环形导电电极6具有90％的透光率。
所述LED芯片依次包括位于衬底保护层上的缓冲层、产生电子的n型层、电子阻挡层、p型层、透明导电电极层和p形电极层。
本实施例包括两个LED芯片，电感线圈的一端10与一LED芯片的正极通过连接线11连接，该LED芯片的负极13作为整个器件的负极，另一端9与与另一LED芯片的负极3通过连接线8连接，该LED芯片的正极12作为整个器件的正极。
假设电路的输入信号为Um＝U0cos(w0t)，当电路没有串联螺旋线圈时，电路的总电流为：
电容的吸收功率为
整理得：
现有的可见光通信器件的总电容大约为100pF～300pF，工作频率为1MHz～100MHz，得出w0C为10-4～10-2数量级，另外LED导通时，电阻R只有几十欧，因此Pc可以近似简化为
当频率从1MHz变化到100MHz，jw0C变大，Pc也变大，说明电容吸收的功率越来越大，即，输出信号随频率增大而衰减。而实验测试发现在不串联电感线圈的情况下，器件的输出信号随频率的增加在40MHz左右开始衰减。
本实施例串联了螺旋线圈，在输入信号同样为Um＝U0cos(w0t)的情况下，电路的总电流为
电容吸收的功率为
当在40MHz的频率实现阻抗近似匹配时，有整理得
电感吸收的功率为
因为有整理得
此时电容和电感吸收的总功率P总＝PL+PC＝0。这表明了电容和电感之间相互交换能量，输入的功率全部为电阻吸收，此时电路在40MHz时将不会有损耗，即抑制了输出信号在40MHz时的衰减，器件衰减的频率将会变大，这样就提高了LED作为可见光通信器件的响应速率。
实施例2：
一种多环p型电极和螺旋线圈的可见光通信器件，包括若干个LED芯片串联组成的LED芯片阵列，其特征在于，还包括电感线圈，所述电感线圈LED芯片阵列串联，所述电感线圈的电感值L满足：所述LED芯片的p型电极层用三环导电材料制作，由外到内分别为金属Al环形电极6、氧化锌环形电极5和纳米银环形电极4。
本实施例中，LED芯片的p型电极层制备方法包括：
(1)采用PECV(电子束蒸发)设备蒸镀金属Al,利用化学刻蚀方法将其刻蚀成环形电极；
(2)采用MOCVD(金属有机气相淀积)设备，蒸镀氧化锌薄膜，利用干法或者湿法刻蚀技术，将其刻蚀成环形氧化锌电极；
(3)采用PECVD蒸镀或者MOCVD技术生长纳米银，使其形成网状纳米银矩形电极。
所述Al环形电极6的厚度为2～5nm。
2～5nm厚的金属Al环形电极6具有90％的透光率。
所述LED芯片依次包括位于衬底保护层上的缓冲层、产生电子的n型层、电子阻挡层、p型层、透明导电电极层和p形电极层。
本实施例包括12个LED芯片，12个LED芯片排列成正方形，电感线圈位于正方形中央，电感线圈一端10与第一LED芯片15的正极通过连接线11连接，另一端9与第二LED芯片16的负极通过连接线8连接，以第一LED芯片15为分界点，第二LED芯片16为最后一个芯片，12个LED芯片分成两组，第一组内前一个LED芯片的正极与后一个LED芯片的负极连接，第二组内前一个芯片的负极与后一个LED芯片的正极连接，此处前后为按连接顺序排列的前后，第一组首个LED芯片的负极13作为器件的负极，第二组首个LED芯片的正极12作为器件的正极。
Claims (5)
1.多环p型电极和螺旋线圈的可见光通信器件，其特征在于，包括若干个LED芯片串联组成的LED芯片阵列，还包括电感线圈，所述电感线圈LED芯片阵列串联，所述电感线圈的电感值L满足：所述LED芯片的p型电极层用三环导电材料制作，由外到内分别为金属Al环形电极、氧化锌环形电极和纳米银环形电极。
2.根据权利要求1所述的多环p型电极和螺旋线圈的可见光通信器件，其特征在于，所述Al环形电极的厚度为2～5nm。
3.根据权利要求1所述的多环p型电极和螺旋线圈的可见光通信器件，其特征在于，所述LED芯片依次包括位于衬底保护层上的缓冲层、产生电子的n型层、电子阻挡层、p型层、透明导电电极层和p形电极层。
4.根据权利要求1所述的多环p型电极和螺旋线圈的可见光通信器件，其特征在于，包括两个LED芯片，电感线圈的一端与一LED芯片的正极连接，该LED芯片的负极作为整个器件的负极，另一端与与另一LED芯片的负极连接，该LED芯片的正极作为整个器件的正极。
5.根据权利要求1所述的多环p型电极和螺旋线圈的可见光通信器件，其特征在于，包括12个LED芯片，12个LED芯片排列成正方形，电感线圈位于正方形中央，电感线圈一端与第一LED芯片的正极连接，另一端与第二LED芯片的负极连接，以第一LED芯片为分界点，第二LED芯片为最后一个芯片，12个LED芯片分成两组，第一组内前一个LED芯片的正极与后一个LED芯片的负极连接，第二组内前一个芯片的负极与后一个LED芯片的正极连接，此处前后为按连接顺序排列的前后，第一组首个LED芯片的负极作为器件的负极，第二组首个LED芯片的正极作为器件的正极。
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