CN107331748B - 红外光源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种红外光源。该红外光源15，包括基板151、红外LED153、金丝155、树脂材料157及透镜159；其中，所述红外LED153设置于所述基板151中间位置处；所述金丝155连接所述红外LED153的电极与设置于所述基板151上的金属连线；所述透镜159固接于所述基板151上；所述树脂材料157填充于所述基板151与所述透镜159形成的空间内。本发明实施例提供的红外光源，提高了光通信发射装置的传输性能。

Description

红外光源
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，涉及一种红外光源。
背景技术
光通信(Optical Communication)是以光波为载波的通信方式。红外线是一种电磁波，可以实现数据的无线传输。基于红外LED的光通信方式为点对点，由于其价格比高，实现简单，具有抗电磁干扰、便于高速应用、空间接入灵活、经济的特点，可用于室内外实现点对点、无线红外LAN通信及军用红外引信，在移动计算和移动通讯的设备中获得了广泛的应用。
红外LED采用光调制技术，即按照发送信号来控制LED的亮度变化来实现信号发送。因此，当前红外LED的发光效率是提升红外光通信性能的一个重要指标。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种红外光源。
本发明一个实施例提供了一种红外光源15，包括基板151、红外LED153、金丝155、树脂材料157及透镜159；其中，
所述红外LED153设置于所述基板151中间位置处；
所述金丝155连接所述红外LED153的电极与设置于所述基板151上的金属连线；
所述透镜159固接于所述基板151上；
所述树脂材料157填充于所述基板151与所述透镜159形成的空间内。
在本发明的一个实施例中，所述基板151中间位置设置有凹槽，所述红外LED153设置所述凹槽内。
在本发明的一个实施例中，所述基板151为玻璃环氧树脂材料。
在本发明的一个实施例中，所述树脂材料157为含有颜料的环氧树脂。
在本发明的一个实施例中，所述红外LED153的发光波长为1550nm～1650nm。
在本发明的一个实施例中，所述红外LED153包括Si衬底1531、PiN台阶结构1533、正电极1535及负电极1537；其中，
所述PiN台阶结构1533形成于所述Si衬底1531表面的中心位置处；
所述正电极1535形成于所述PiN台阶结构1533的上表面；
所述负电极1537形成于所述Si衬底1531的上表面并位于所述PiN台阶结构1533两侧的位置处。
在本发明的一个实施例中，所述PiN台阶结构1533依次包括N型Si外延层、张应变Ge层、P型Ge层，且所述N型Si外延层、所述张应变Ge层及所述P型Ge层形成PiN结构。
在本发明的一个实施例中，所述N型Si外延层的厚度为120～200nm，且其掺杂浓度为5×1019～1×1020cm-3。
在本发明的一个实施例中，所述P型Ge层的厚度为180～200nm，且其掺杂浓度为0.5×1019～1×1019cm-3。
在本发明的一个实施例中，所述Si衬底1531为N型单晶Si材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明的红外光源，在基板上设置凹槽，从结构上提高红外LED的发光效率；
2.本发明的红外LED，在制作工艺上采用LRC工艺，使Si衬底与Ge外延层界面特性变优，具有Ge外延层位错密度低的优点，从而进一步提高红外LED的发光效率。
附图说明
为了清楚说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种红外光源的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种红外LED的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种晶化处理工艺的流程示意图；
图4a-图4k为本发明实施例的一种红外LED的制备工艺示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种红外光源的结构示意图。所述红外光源15可以包括基板151、红外LED153、金丝155、树脂材料157及透镜159；其中，所述红外LED153设置于所述基板151中间位置处；所述金丝155连接所述红外LED153的电极与设置于所述基板151上的金属连线；所述透镜159固接于所述基板151上；所述树脂材料157填充于所述基板151与所述透镜159形成的空间内。
其中，基板151优选采用玻璃环氧树脂材料。
其中，所述基板151中间位置设置有凹槽，所述红外LED153设置所述凹槽内。由于凹槽内侧面可以将红外LED153的光线进行折射，且透镜159靠近基板侧呈现竖直形状，可以减小红外光的散射，以从结构上提高发光效率。
其中，所述红外LED153的发光波长为1550nm～1650nm。
另外，树脂材料157优选使用含有颜料的环氧树脂，且采用连续成型形成，由其密封的红外LED153，具有红外光良好通过的特性。
实施例二
请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种红外LED的结构示意图。本实施例在上述实施例的基础上，重点对红外LED的结构和工艺进行详细介绍。
具体地，所述红外LED153可以包括Si衬底1531、PiN台阶结构1533、正电极1535及负电极1537；其中，所述PiN台阶结构1533形成于所述Si衬底1531表面的中心位置处；所述正电极1535形成于所述PiN台阶结构1533的上表面；所述负电极1537形成于所述Si衬底1531的上表面并位于所述PiN台阶结构1533两侧的位置处。
优选地，所述Si衬底1531为N型单晶Si材料。
优选地，所述PiN台阶结构1533依次包括N型Si外延层、张应变Ge层、P型Ge层，且所述N型Si外延层、所述张应变Ge层及所述P型Ge层形成PiN结构。
其中，所述N型Si外延层的厚度为120～200nm，且其掺杂浓度为5×1019～1×1020cm-3。
其中，所述张应变Ge层包括晶化Ge层和Ge外延层。
进一步地，所述晶化Ge层是由Ge籽晶层和Ge主体层经过晶化处理后形成的。
可选地，所述晶化Ge层是由Ge籽晶层和Ge主体层经过晶化处理后形成的。
其中，所述Ge籽晶层厚度为40～50nm；所述Ge主体层厚度为150～200nm。
优选地，请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种晶化处理工艺的流程示意图。所述晶化处理包括如下步骤：
步骤1、将包括所述Si衬底1531、所述N型Si外延层、所述Ge籽晶层、所述Ge主体层的整个衬底材料加热至700℃；
步骤2、利用LRC工艺晶化所述整个衬底材料；其中LRC工艺的激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；
步骤3、对所述整个衬底材料进行高温热退火处理以完成所述晶化处理。
晶化处理工艺是一种热致相变结晶的方法，通过激光热处理，使Si衬底上Ge外延层熔化再结晶，横向释放Ge外延层的位错缺陷，不仅可获得高质量的Ge外延层，同时，由于LRC工艺可精确控制晶化区域，一方面避免了常规工艺中Si衬底与Ge外延层之间的Si、Ge互扩问题，另一方面Si/Ge之间材料界面特性好。
可选地，所述Ge外延层为本征Ge材料，且其厚度为400～450nm。
可选地，所述P型Ge层的厚度为180～200nm，且其掺杂浓度为0.5×1019～1×1019cm-3。
可选地，所述红外LED还包括钝化层，所述钝化层设置于所述Si衬底及所述PiN结构的上表面，用于隔离所述正电极1535及所述负电极1537。
其中，所述钝化层为SiO2材料，且其厚度为150～200nm。
优选地，所述正电极1535和所述负电极1537为Cr或者Au材料，且其厚度为150～200nm。
本发明红外LED，利用Si衬底与Ge外延层界面特性好的优势，利用N型Si/张应变Ge/P型Ge纵向结构，极大地提高红外LED的发光效率。
实施例三
请参见图4a-图4k，图4a-图4k为本发明实施例的一种红外LED的制备工艺示意图。该红外LED的制备流程例如可以是如下步骤：
S101、选取掺杂浓度为5×1018cm-3的N型单晶硅(Si)衬底片001，如图4a所示；
S102、在300℃温度下，利用CVD工艺在Si衬底生长厚度为120～200nm的N型Si外延层002，掺杂浓度为5×1019～1×1020cm-3，如图4b所示；
S103、在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在Si外延层表面生长厚度为40～50nm的Ge籽晶层003，如图4c所示；
S104、在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在Ge籽晶层表面生长厚度为150～200nm的Ge主体层004，如图4d所示；
S105、利用CVD工艺在Ge主体层表面上淀积厚度为100～150nm SiO2氧化层005，如图4e所示；
S106、将包括单晶Si衬底、N型Si外延层、Ge籽晶层、Ge主体层及氧化层的整个衬底材料加热至700℃，利用激光再晶化技术晶化整个衬底材料，其中激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s，然后高温热退火，与此同时引入张应力；
S107、利用干法刻蚀工艺刻蚀氧化层005，得到激光晶化后的Ge层006，如图4f所示；
S108、在300-400℃温度下，利用CVD工艺在激光晶化后的Ge层上生长厚度为400～450nm的Ge外延层007，如图4g所示；其中，由于Ge外延层是在晶化后的Ge层上生长的，所以Ge的质量较好，晶格失配率较低。
S109、在300-400℃温度下，利用CVD工艺在Ge外延层表面生长厚度为180～200nm的P型Ge层结构008，掺杂浓度为0.5×1019～1×1019cm-3。如图4h所示；
S110、室温下，使用HCl:H2O2:H2O＝1:1:20的化学溶剂，以稳定速率100nm/min进行台面刻蚀，刻蚀的深度控制在950nm，使Si衬底露出做金属接触，如图4i所示；
S111、利用等离子体增强化学气象淀积技术，淀积厚度为150～200nm的SiO2钝化层009，隔离台面与外界电接触。用刻蚀工艺选择性刻蚀掉指定区域的SiO2形成接触孔，如图4j所示；
S112、利用电子束蒸发淀积厚度为150～200nm的Cr/Au层010。利用刻蚀工艺刻选择性蚀掉指定区域的金属Cr/Au，利用化学机械抛光(CMP)进行平坦化处理，如图4k所示。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多路单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多路网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种红外光源(15)，其特征在于，包括基板(151)、红外LED(153)、金丝(155)、树脂材料(157)及透镜(159)；其中，
所述基板(151)中间位置设置有凹槽，所述红外LED(153)设置所述凹槽内；所述红外LED(153)包括Si衬底(1531)、PiN台阶结构(1533)、正电极(1535)及负电极(1537)；其中，所述PiN台阶结构(1533)形成于所述Si衬底(1531)表面的中心位置处；所述正电极(1535)形成于所述PiN台阶结构(1533)的上表面；所述负电极(1537)形成于所述Si衬底(1531)的上表面并位于所述PiN台阶结构(1533)两侧的位置处；
所述金丝(155)连接所述红外LED(153)的电极与设置于所述基板(151)上的金属连线；
所述透镜(159)固接于所述基板(151)上，且所述透镜(159)靠近基板(151)侧呈现竖直形状；
所述树脂材料(157)填充于所述基板(151)与所述透镜(159)形成的空间内。
2.根据权利要求1所述的红外光源(15)，其特征在于，所述基板(151)为玻璃环氧树脂材料。
3.根据权利要求1所述的红外光源(15)，其特征在于，所述树脂材料(157)为含有颜料的环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的红外光源(15)，其特征在于，所述红外LED(153)的发光波长为1550nm～1650nm。
5.根据权利要求1所述的红外光源(15)，其特征在于，所述PiN台阶结构(1533)依次包括N型Si外延层、张应变Ge层、P型Ge层，且所述N型Si外延层、所述张应变Ge层及所述P型Ge层形成PiN结构。
6.根据权利要求5所述的红外光源(15)，其特征在于，所述N型Si外延层的厚度为120～200nm，且其掺杂浓度为5×1019～1×1020cm-3。
7.根据权利要求5所述的红外光源(15)，其特征在于，所述P型Ge层的厚度为180～200nm，且其掺杂浓度为0.5×1019～1×1019cm-3。
8.根据权利要求1所述的红外光源(15)，其特征在于，所述Si衬底(1531)为N型单晶Si材料。
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