CN107332621A - 基于led光源的光发送机 - Google Patents

基于led光源的光发送机 Download PDF

Info

Publication number
CN107332621A
CN107332621A CN201710347363.6A CN201710347363A CN107332621A CN 107332621 A CN107332621 A CN 107332621A CN 201710347363 A CN201710347363 A CN 201710347363A CN 107332621 A CN107332621 A CN 107332621A
Authority
CN
China
Prior art keywords
led
layers
alloy
carinate
optical transmitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710347363.6A
Other languages
English (en)
Inventor
冉文方
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Cresun Innovation Technology Co Ltd
Original Assignee
Xian Cresun Innovation Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Cresun Innovation Technology Co Ltd filed Critical Xian Cresun Innovation Technology Co Ltd
Priority to CN201710347363.6A priority Critical patent/CN107332621A/zh
Publication of CN107332621A publication Critical patent/CN107332621A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50Transmitters
    • H04B10/501Structural aspects
    • H04B10/502LED transmitters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/52Encapsulations
    • H01L33/54Encapsulations having a particular shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于LED光源的光发送机,包括:输入电路;驱动电路,与所述输入电路电连接;LED光源,与所述驱动电路电连接,且包括基于脊状LED的光发射二极管。本发明的基于LED光源的光发送机,采用高发光效率的LED光源,大大提高了LED光发送机的传输性能且节省成本。

Description

基于LED光源的光发送机
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域,具体涉及一种基于LED光源的光发送机。
背景技术
光纤通信技术已成为现代通信的主要支柱之一,在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术,其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的,也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。在光纤通信系统中,光发送机的作用是把电信号转变成光信号,并送入光纤线路进行传输。目前普遍采用激光二极管光源的光发送机,但激光二极管光源适合在长距离高度率的单模光纤系统,而现在的短距离网络和多模光纤的局域网中,LED光源因其成本低廉,寿命较长,具有更明显的优势。但由于LED光源的发光效率较低,影响了基于LED光源的光发送机的发光性能,也限制了其应用。
因此,如何研制出一种高发光效率的基于LED光源的光发送机成为亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种基于LED光源的光发送机。
本发明的一个实施例提供了一种基于LED光源的光发送机,包括:
输入电路;
驱动电路,与所述输入电路电连接;
LED光源,与所述驱动电路电连接,且包括基于脊状LED的光发射二极管;
在本发明的一个实施例中,所述输入电路包括:数字信号处理器和D/A转换器,所述数字信号处理器与所述D/A转换器电连接,所述D/A转换器与所述驱动电路电连接。
在本发明的一个实施例中,所述数字信号处理器采用可编辑门阵列FPGA。
在本发明的一个实施例中,还包括自动温度控制电路。
在本发明的一个实施例中,所述基于脊状LED的光发射二极管包括:
承载架;
接脚;
芯片基座,位于所述承载架之上;
垫片,位于所述芯片基座之上;
LED芯片,位于所述垫片之上,且所述LED芯片包括脊状LED;
连接打线,用于连接所述LED芯片和所述接脚;
封胶,用于将所述承载架、所述芯片基座、所述LED芯片、所述接脚上端封装成型;
套筒,套设于所述硅胶之上。
在本发明的一个实施例中,所述垫片表面镀有导电金属。
在本发明的一个实施例中,所述脊状LED的发光波长为1550nm~1650nm。
在本发明的一个实施例中,所述硅胶呈凸型结构,所述凸型结构顶面设有透镜。
在本发明的一个实施例中,所述脊状LED包括:
SOI衬底层;
晶化Ge层,位于所述SOI衬底层之上;
脊状Ge-Sn合金层,位于所述晶化Ge层表面之上中间位置;
N型Ge-Sn合金层和所述P型Ge-Sn合金层,位于所述晶化Ge层表面之上所述脊状Ge-Sn合金层两侧;
正电极,位于所述P型Ge-Sn合金层之上且与所述连接打线连接;
负电极,位于所述N型Ge-Sn合金层之上且与所述连接打线连接。
在本发明的一个实施例中,所述脊状LED还包括钝化层,所述钝化层位于所述N型Ge-Sn合金层、所述脊状Ge-Sn合金层、所述P型Ge-Sn合金层之上。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1、本发明的基于LED光源的光发送机,采用高发光效率的LED光源,大大提高了LED光发送机的传输性能;
2、本发明的LED光源,采用基于脊状LED的光发射二极管,与激光二极管光源相比,制作简易且成本较低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于LED光源的光发送机的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的一种基于脊状LED的光发射二极管的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的一种脊状LED的结构示意图;
图4a-图4l为本发明实施例的一种脊状LED的制备工艺示意图;
图5为本发明实施例提供的一种激光再晶化(Laser Re-Crystallization,简称LRC)工艺示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1,为本发明实施例提供的一种基于LED光源的光发送机的结构示意图;该基于LED光源的光发送机10包括:
输入电路11;
驱动电路12,与所述输入电路11电连接;
LED光源13,与所述驱动电路12电连接,且包括基于脊状LED的光发射二极管20;
进一步地,所述输入电路11包括:数字信号处理器和D/A转换器,所述数字信号处理器与所述D/A转换器电连接,所述D/A转换器与所述驱动电路电连接。
优选地,所述数字信号处理器采用可编辑门阵列FPGA。
优选地,还包括自动温度控制电路。
请参见图2,图2为本发明实施例提供的一种基于脊状LED的光发射二极管的结构示意图;
进一步地,所述基于脊状LED的光发射二极管包括20:
承载架21;
接脚22;
芯片基座,位于所述承载架21之上;
垫片,位于所述芯片基座之上;
LED芯片23,位于所述芯片基座之上,且所述LED芯片23包括脊状LED30;
连接打线24,用于连接所述LED芯片23和所述接脚22;
封胶25,用于将所述承载架21、所述芯片基座、所述LED芯片23、所述接脚22上端封装成型;
套筒26,套设于所述硅胶25之上。
进一步地,所述垫片表面镀有导电金属。
进一步地,所述脊状LED30的发光波长为1550nm~1650nm。
优选地,所述硅胶25呈凸型结构,所述凸型结构顶面设有透镜。
请参见图3,图3为本发明实施例提供的一种脊状LED的结构示意图;该脊状LED30包括:SOI衬底层31、晶化Ge层32、脊状Ge-Sn合金层33、N型Ge-Sn合金层34、P型Ge-Sn合金层35、正电极37、负电极38。其中:
所述晶化Ge层32位于所述SOI衬底层31之上;
所述脊状Ge-Sn合金层33位于所述晶化Ge层32表面之上中间位置;
所述N型Ge-Sn合金层34和P型Ge-Sn合金层35位于所述晶化Ge层32表面之上所述脊状Ge-Sn合金层33两侧;
正电极37位于所述P型Ge-Sn合金层35之上且与所述连接打线24连接;
负电极38位于所述N型Ge-Sn合金层34之上且与所述连接打线24连接。
其中,所述晶化Ge层32为经过LRC工艺形成的Ge层。
其中,所述LRC工艺的参数中激光参数为:激光波长为808nm,激光光斑尺寸为10mm×1mm,激光功率为1.5kW/cm2,激光移动速度为25mm/s。
请参见图5,为本发明实施例提供的一种LRC工艺示意图;其中,LRC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。其中,利用LRC工艺处理Ge外延层,横向释放Ge外延层的位错缺陷,获得低位错密度的Ge外延层;同时,由于LRC工艺可精确控制晶化区域,Si与Ge之间材料界面特性好,从而提高了器件性能。
另外,所述脊状LED30还包括钝化层36,所述钝化层36位于所述N型Ge-Sn合金层34、脊状Ge-Sn合金层33、P型Ge-Sn合金层35之上。
优选地,所述钝化层36的材料为SiO2
优选地,所述N型Ge-Sn合金层34的掺杂浓度为1×1019cm-3
优选地,所述P型Ge-Sn合金层35的掺杂浓度为1×1019cm-3
所述脊状LED30还包括正电极37和负电极38,其中:
优选地,所述正电极37和所述负电极38的材料为Cr-Au合金。
优选地,所述脊状Ge-Sn合金层33厚度为150~200nm,掺Sn组分为8%,掺Ge组分为92%。
其中,利用LRC工艺处理Ge外延层,横向释放Ge外延层的位错缺陷,获得低位错密度的Ge外延层;同时,由于LRC工艺可精确控制晶化区域,Si与Ge之间材料界面特性好,从而提高了器件性能。
其中,基于LED光源的光发送机10工作时,输入信号进入输入电路11的数字信号处理器,从数字信号处理器输出驱动信号,经过输入电路11的D/A转换器将驱动信号转换为模拟驱动信号,驱动信号经过驱动电路12发送一个预偏置电流,该预偏执电流驱动LED光源13中的基于脊状LED的光发射二极管20产生光信号,即其中的LED芯片23中的脊状LED在驱动电流的作用下自发辐射产生光信号,该光信号发送到光纤进行传输。
与现有技术相比,本发明实施例有益效果为:
1、本发明的基于LED光源的光发送机,采用高发光效率的LED光源,大大提高了LED光发送机的传输性能;
2、本发明的LED光源,采用基于脊状LED的光发射二极管,与激光二极管光源相比,制作简易且成本低;
3、本发明的脊状LED,通过LRC工艺制备,精确控制晶化区域,Si与Ge之间材料界面特性好,从而既有高性能的发光效率。
实施例二
请参照图4a-图4l,图4a-图4l本发明实施例的一种脊状LED的制备工艺示意图,该制备方法包括如下步骤:
第1步、选取衬底。选取SOI衬底301,如图4a所示。
第2步、生长Ge籽晶层302。在275℃~325℃温度下,利用CVD工艺,在SOI衬底301上生长厚度为40~50nm的Ge籽晶层302,如图4b所示。
第3步、生长Ge主体层303。在500℃~600℃温度下,利用CVD工艺,在Ge籽晶层302上生长厚度为120~150nm的Ge主体层303,如图4c所示。
第4步、生长第一SiO2保护层304。利用CVD工艺,在Ge主体层303上生长厚度为第一150nm的SiO2氧化层304,如图4d所示。
第5步、制作晶化Ge层305。将包括SOI衬底001、Ge籽晶层302、Ge主体层303及第一SiO2氧化层304的整个衬底材料加热至700℃,连续利用激光再晶化工艺处理整个材料,然后再利用干法刻蚀工艺,刻蚀第一SiO2氧化层304得到晶化Ge层305,如图4e所示。
第6步、生长Ge-Sn合金层306。在H2氛围中,在350℃温度以下,以SnCl4和GeH4分别作为Sn和Ge源,掺Sn组分为8%,掺Ge组分为92%,生长150~200nm的Ge-Sn合金层,然后利用干法刻蚀工艺,刻蚀部分区域的Ge-Sn合金层形成脊状Ge-Sn合金层306,如图4f所示。
第7步、生长第二SiO2保护层307以及制作第一待掺杂区域。在脊状Ge-Sn合金层上生长厚度为200nm的第二SiO2保护层307;利用干法刻蚀工艺,刻蚀第二SiO2保护层307的指定区域,在脊状Ge-Sn合金层306表面形成第一待掺杂区域,如图4g所示。
第8步、制作N型Ge-Sn合金层。利用离子注入工艺,在第一待掺杂区域注入P离子,形成掺杂浓度为1×1019cm-3的N型Ge-Sn合金层308;对包括N型Ge-Sn合金层308的整个材料进行退火处理,然后利用干法刻蚀工艺,刻蚀掉第二SiO2保护层307,如图4h所示。
第9步、生长第三SiO2保护层309以及制作第二待掺杂区域。在脊状Ge-Sn合金层上生长厚度为200nm的第三SiO2保护层309;利用干法刻蚀工艺,刻蚀第三SiO2保护层的指定区域,在脊状Ge-Sn合金层表面形成第二待掺杂区域,如图4i所示。
第10步、制作P型Ge-Sn合金层310。利用离子注入工艺,在第二待掺杂区域注入B离子,形成掺杂浓度为1×1019cm-3的P型Ge-Sn合金层310;对包括P型Ge-Sn合金层的整个材料进行退火处理,然后利用干法刻蚀工艺,刻蚀掉第三SiO2保护层309,如图4j所示。
第11步、生长SiO2钝化层311以及制作金属接触孔312。在脊状Ge-Sn合金层306、N型Ge-Sn合金层308及P型Ge-Sn合金层310表面生长厚度为150~200nm的SiO2钝化层311;利用干法刻蚀工艺,刻蚀SiO2钝化层的指定区域,形成金属接触孔312,如图4k所示。
第12步、生长Cr-Au合金电极313。利用电子束蒸发工艺,在金属接触孔312区域生长厚度为150~200nm的Cr-Au合金层313作为电极,如图4l所示。
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 (10)

1.一种基于LED光源的光发送机,其特征在于,包括:
输入电路;
驱动电路,与所述输入电路电连接;
LED光源,与所述驱动电路电连接,且包括基于脊状LED的光发射二极管。
2.根据权利要求1所述的光发送机,其特征在于,所述输入电路包括:数字信号处理器和D/A转换器,所述数字信号处理器与所述D/A转换器电连接,所述D/A转换器与所述驱动电路电连接。
3.根据权利要求2所述的光发送机,其特征在于,所述数字信号处理器采用可编辑门阵列FPGA。
4.根据权利要求1所述的光发送机,其特征在于,还包括自动温度控制电路。
5.根据权利要求1所述的光发送机,其特征在于,所述基于脊状LED的光发射二极管包括:
承载架;
接脚;
芯片基座,位于所述承载架之上;
垫片,位于所述芯片基座之上;
LED芯片,位于所述垫片之上,且所述LED芯片包括脊状LED;
连接打线,用于连接所述LED芯片和所述接脚;
封胶,用于将所述承载架、所述芯片基座、所述LED芯片、所述接脚上端封装成型;
套筒,套设于所述硅胶之上。
6.根据权利要求5所述的光发送机,其特征在于,所述垫片表面镀有导电金属。
7.根据权利要求5所述的光发送机,其特征在于,所述脊状LED的发光波长为1550nm~1650nm。
8.根据权利要求5所述的光发送机,其特征在于,所述硅胶呈凸型结构,所述凸型结构顶面设有透镜。
9.根据权利要求5所述的光发送机,其特征在于,所述脊状LED包括:
SOI衬底层;
晶化Ge层,位于所述SOI衬底层之上;
脊状Ge-Sn合金层,位于所述晶化Ge层表面之上中间位置;
N型Ge-Sn合金层和所述·P型Ge-Sn合金层,位于所述晶化Ge层表面之上所述脊状Ge-Sn合金层两侧;
正电极,位于所述P型Ge-Sn合金层之上且与所述连接打线连接;
负电极,位于所述N型Ge-Sn合金层之上且与所述连接打线连接。
10.根据权利要求9所述的光发送机,其特征在于,所述脊状LED还包括钝化层,所述钝化层位于所述N型Ge-Sn合金层、所述脊状Ge-Sn合金层、所述P型Ge-Sn合金层之上。
CN201710347363.6A 2017-05-17 2017-05-17 基于led光源的光发送机 Pending CN107332621A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710347363.6A CN107332621A (zh) 2017-05-17 2017-05-17 基于led光源的光发送机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710347363.6A CN107332621A (zh) 2017-05-17 2017-05-17 基于led光源的光发送机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107332621A true CN107332621A (zh) 2017-11-07

Family

ID=60193658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710347363.6A Pending CN107332621A (zh) 2017-05-17 2017-05-17 基于led光源的光发送机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107332621A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN200941384Y (zh) * 2006-07-25 2007-08-29 东贝光电科技股份有限公司 光接收二极管的改进结构
CN200959340Y (zh) * 2006-10-09 2007-10-10 东贝光电科技股份有限公司 光发射二极管结构
CN103427332A (zh) * 2013-08-08 2013-12-04 中国科学院半导体研究所 硅基锗激光器及其制备方法
CN104243120A (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 武汉邮电科学研究院 一种基于希尔伯特编码的可见光通信方法
CN104993025A (zh) * 2015-07-01 2015-10-21 西安电子科技大学 氮化硅膜致应变的锗锡中红外led器件及其制备方法
CN105915287A (zh) * 2016-07-05 2016-08-31 桂林创研科技有限公司 一种光纤传输系统
CN205566310U (zh) * 2016-04-29 2016-09-07 山西大同大学 一种基于ofdm可见光通信系统发送器装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN200941384Y (zh) * 2006-07-25 2007-08-29 东贝光电科技股份有限公司 光接收二极管的改进结构
CN200959340Y (zh) * 2006-10-09 2007-10-10 东贝光电科技股份有限公司 光发射二极管结构
CN103427332A (zh) * 2013-08-08 2013-12-04 中国科学院半导体研究所 硅基锗激光器及其制备方法
CN104243120A (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 武汉邮电科学研究院 一种基于希尔伯特编码的可见光通信方法
CN104993025A (zh) * 2015-07-01 2015-10-21 西安电子科技大学 氮化硅膜致应变的锗锡中红外led器件及其制备方法
CN205566310U (zh) * 2016-04-29 2016-09-07 山西大同大学 一种基于ofdm可见光通信系统发送器装置
CN105915287A (zh) * 2016-07-05 2016-08-31 桂林创研科技有限公司 一种光纤传输系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZIHENG LIU,ETAL.: "Diode laser annealing on Ge/Si (100) epitaxial films grown by magnetron sputtering", 《THIN SOLID FILMS》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102769083A (zh) 倒装焊氮化物发光二极管及其透光衬底和制造方法
CN104752954A (zh) 利用氧化锌量子阱混杂制作的半导体激光器及其制作方法
CN107332621A (zh) 基于led光源的光发送机
CN202721173U (zh) 倒装焊氮化物发光二极管及其透光衬底
CN206992138U (zh) 脊状发光二极管
CN107046086A (zh) 发光二极管
CN100342601C (zh) 激光器-电吸收调制器-模斑转换器单片集成的制作方法
CN208723905U (zh) 光发送机
CN207883724U (zh) 光发射机
CN207021290U (zh) 红外光源
CN107331739B (zh) 一种红外光模块
CN207884630U (zh) 一种红外光模块
CN107086890A (zh) 红外光通信发射装置及系统
CN207021280U (zh) 基于台阶结构的发光二极管
CN107248886A (zh) 一种基于红外led的光发射机
CN107276677A (zh) 光通信设备
CN107332622A (zh) Led光发射机
CN112397379A (zh) 激光局域退火非晶多晶复合光电子集成方法
CN107275453A (zh) 脊状发光二极管
CN107248542B (zh) 基于横向结构的led
CN107331748B (zh) 红外光源
CN107068819B (zh) 基于纵向结构的发光二极管
CN107332620A (zh) 发光功率稳定的光模块和光通信设备
CN205231018U (zh) 新型硅镱量子面等离子体光源
CN107248885A (zh) 基于红外发光源的光模块

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171107