CN107332622A - Led光发射机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED光发射机，包括：数字信号处理器；D/A转换器，与所述数字信号处理器电连接；驱动电路，与所述D/A转换器电连接；LED光源，与所述驱动电路电连接，且包括LED光发射二极管。本发明的LED光发射机，采用高发光效率的LED光源，大大提高了LED光发射机的传输性能。

Description

LED光发射机
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种LED光发射机。
背景技术
所谓光纤通信，就是利用光波载送信息，并实现通信的方法。由于其 容量大、传输距离远，越来越受到广大用户的青睐。在光纤通信系统中， 光发射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。光 发射机在光纤通信中占有重要地位，性能好，寿命长，使用方便的光源是 保证光纤通信可靠工作的关键。激光二极管光源的光发射机，成本较高， 寿命较短，适用长距离传输。LED光发射机因为LED性能稳定、寿命长、 输出光功率线性范围宽，制造工艺简单，且驱动电路简单，不存在模式噪 声等问题，因此作为中短距离、中小容量光纤通信的首选。但LED光发射 机输出功率较小，发光效率较低。
因此，如何研制出一种高发光效率的LED光发射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LED光发射 机。
本发明的一个实施例提供了一种LED光发射机，包括：
数字信号处理器；
D/A转换器，与所述数字信号处理器电连接；
驱动电路，与所述D/A转换器电连接；
LED光源，与所述驱动电路电连接，且包括LED光发射二极管。
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，还包括自动功率控制电路。
在本发明的一个实施例中，所述LED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芯片包括纵向PiN发光二 极管；
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，所述纵向PiN发光二极管的发光波长为 1550nm～1650nm。
在本发明的一个实施例中，所述硅胶呈凸型结构。
在本发明的一个实施例中，所述硅胶的凸型结构上表面镀有一层抗反 射膜。
在本发明的一个实施例中，所述纵向PiN发光二极管包括：
N型Si衬底；
本征Ge层，层叠于所述N型Si衬底上；
P型Si层，层叠于所述本征Ge层上；
正电极，制备于所述P型Si层上且与所述连接打线电连接；
负电极，制备于所述N型Si衬底上且与所述连接打线电连接。
在本发明的一个实施例中，所述本征Ge层依次包括Ge籽晶层、晶化 Ge层以及Ge外延层。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的LED光发射机，采用高发光效率的LED光源，大大提高 了LED光发射机的传输性能低；
2、本发明的LED光源，采用LED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LED光发射机的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种LED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纵向PiN发光二极管的结构示意图；
图4a-图4j为本发明实施例的一种纵向PiN发光二极管的制备工艺示意 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，图1为本发明实施例提供的一种LED光发射机的结构示 意图；该LED光发射机10包括：
数字信号处理器11；
D/A转换器12，与所述数字信号处理器11电连接；
驱动电路13，与所述D/A转换器12电连接；
LED光源14，与所述驱动电路13电连接，且包括LED光发射二极管 20；
优选地，所述数字信号处理器11采用可编辑门阵列FPGA。
优选地，LED光发射机10还包括自动功率控制电路。
请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种LED光发射二极管的结 构示意图；
进一步地，所述LED光发射二极管20包括：
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包括纵向 PiN发光二极管30；
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。
其中，套筒26的内径与所述硅胶25的外径相匹配。套筒26另一端设 有光纤27的插孔，LED芯片23中心与光纤27中轴线对齐，以使产生的光 能聚集耦合进入光纤27进行传输。
进一步地，所述垫片表面镀有导电金属。
进一步地，所述纵向PiN发光二极管30的发光波长为1550nm～1650nm。
优选地，所述硅胶25呈凸型结构。
优选地，所述硅胶25的凸型结构上表面镀有一层抗反射膜。
请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种纵向PiN发光二极管的结 构示意图；该纵向PiN发光二极管30包括：
N型Si衬底31；
本征Ge层32，层叠于所述N型Si衬底31上
P型Si层33，层叠于所述本征Ge层32上；
正电极34，制备于所述P型Si层33上；
负电极35，制备于所述N型Si衬底31上。
可选地，所述本征Ge层32依次包括Ge籽晶层、晶化Ge层以及Ge 外延层。
另外，所述晶化Ge层是位于所述Ge籽晶层上的Ge主体层经过激光 再晶化工艺形成的；其中，所述激光再晶化工艺的参数包括：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。
可选地，所述N型Si衬底31的掺杂浓度为1×1020cm-3，所述P型Si 层33的掺杂浓度为5×1018cm-3。
另外，该纵向PiN发光二极管30还包括钝化层36，该钝化层36可以 为SiO2材料，其厚度为150～200nm。
可选地，所述正电极34和所述负电极35为Cr或者Au材料，且其厚 度为150～200nm。
请参见图5，为本发明实施例提供的一种激光再晶化工艺示意图；其中， 激光再晶化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，由于激光再晶化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，利用激光再晶化工艺处理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 于激光再晶化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，LED光发射机10工作时，输入信号进入数字信号处理器11， 从数字信号处理器11输出驱动信号，经过D/A转换器12将驱动信号转换 为模拟驱动信号，驱动信号经过驱动电路13发送一个预偏置电流，该预偏 执电流驱动LED光源14中的LED光发射二极管20产生光信号，即其中的 LED芯片23中的纵向PiN发光二极管30在驱动电流的作用下辐射产生光 信号，该光信号发送到光纤27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LED光发射机，采用高发光效率的LED光源，大大提高 了LED光发射机的传输性能；
2、本发明的LED光源，采用LED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；
3、本发明的纵向PiN发光二极管，通过激光再晶化工艺制备，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4j，图4a-图4j本发明实施例的一种纵向PiN发光二极 管的制备工艺示意图，该制备方法包括如下步骤：
S101、选取掺杂浓度为5×1018cm-3的P型单晶硅(Si)衬底片001，如 图4a所示。
S102、在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在Si衬底表面生长 40～50nm的Ge籽晶层002，如图4b所示。
S103、在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在Ge籽晶层表面生长 150～250nm的Ge主体层003，如图4c所示。
S104、利用CVD工艺在Ge主体层表面生长100～150nm SiO2氧化层 004，如图4d所示。
S105、将包括单晶Si衬底、Ge籽晶层、Ge主体层及氧化层的整个衬 底材料加热至700℃，连续利用激光再晶华工艺晶化整个衬底材料，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，然后高温退火，与此同时引入张应力。
S106、利用干法刻蚀工艺刻蚀氧化层004，刻蚀氧化层形成Ge虚衬底 005，如图4e所示。
S107、利用减压CVD生长1μm厚的Ge层(为了便于图示观看，将晶 化后的Ge层以及晶化后生长的Ge层合为i-Ge层006)生长温度为330℃, 如图4f所示。由于此外延层是在Ge虚衬底表面生长的，所以Ge的质量较 好，晶格失配率较低。
S108、淀积90～110nm厚的N型多晶Si 007，掺杂浓度为1×1020cm-3， 如图4g所示。
S109、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，使P型Si层露出做金属接触，如图4h所示。
S110、利用PECVD工艺，淀积150～200nm厚的钝化层008，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4i所示。
S111、利用电子束蒸发淀积150～200nm厚的Al层009。利用刻蚀工艺 刻选择性蚀掉指定区域的金属Al，利用CMP技术进行平坦化处理，如图 4j所示。
本实施例，基于激光再晶化工艺条件下Si衬底与Ge外延层界面特性 好的优势，器件结构简单，工艺成本低。
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LED光发射机，其特征在于，包括：
数字信号处理器；
D/A转换器，与所述数字信号处理器电连接；
驱动电路，与所述D/A转换器电连接；
LED光源，与所述驱动电路电连接，且包括LED光发射二极管。
2.根据权利要求1所述的光发射机，其特征在于，所述数字信号处理器采用可编辑门阵列FPGA。
3.根据权利要求1所述的光发射机，其特征在于，还包括自动功率控制电路。
4.根据权利要求1所述的光发射机，其特征在于，所述LED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芯片包括纵向PiN发光二极管；
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。
5.根据权利要求4所述的光发射机，其特征在于，所述垫片表面镀有导电金属。
6.根据权利要求4所述的光发射机，其特征在于，所述纵向PiN发光二极管的发光波长为1550nm～1650nm。
7.根据权利要求4所述的光发射机，其特征在于，所述硅胶呈凸型结构。
8.根据权利要求7所述的光发射机，其特征在于，所述硅胶的凸型结构顶面镀有一层抗反射膜。
9.根据权利要求4所述的光发射机，其特征在于，所述纵向PiN发光二极管包括：
N型Si衬底；
本征Ge层，层叠于所述N型Si衬底上；
P型Si层，层叠于所述本征Ge层上；
正电极，制备于所述P型Si层上且与所述连接打线电连接；
负电极，制备于所述N型Si衬底上且与所述连接打线电连接。
10.根据权利要求9所述的光发射机，其特征在于，所述本征Ge层依次包括Ge籽晶层、晶化Ge层以及Ge外延层。
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