CN110931612B - 一种多环正方形单元结构的可见光通信发光器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多环正方形单元结构的可见光通信发光器件，其具有至少一个正方形单元，正方形单元包括四个四分之一圆环组合阵列，每个四分之一圆环组合阵列的圆心分别位于正方形单元的四个角，四分之一圆环组合阵列包括依次层叠N型半导体、有源区以及P型半导体，N型半导体与所述P型半导体呈同心圆环状交替排列。N型层上设置有N电极，P电极位于正方形单元的中心，该以正方形为单元的芯片结构，不仅能够使芯片更加紧凑，节省了晶圆的空间，最主要的是其电极到半导体材料的距离大大缩短，该设置加快了器件的响应速率，有利于半导体光源更加高频的明暗交替，增加了传输信号的速率。

Description

一种多环正方形单元结构的可见光通信发光器件及其制备 方法
技术领域
本发明涉及可见光通信领域，具体涉及一种多环正方形单元结构的可见光通信发光器件及其制备方法。
背景技术
可见光通信是指利用可见光波段的光作为载体，通过高频明暗交替信号来传递信息的一门新兴通信技术。它依附于半导体照明，在满足照明需求的同时，实现信息的传递。同无线局域网相比，利用可见光来通信低碳环保，高效、安全。随着照明行业的高速发展，LED光源在世界范围内被广泛使用，近几年国内LED产业正加速取代传统白织灯，给LED灯泡装上微芯片，便可以成为无线网络发射器，使得“灯光上网”成为一种可能。
目前可见光通信成本难以降下来，产业化很困难，可见光不能穿透物体，因此LIFI也需要接入网络，只能以一种补充的形式存在。另外可见光通信技术还存在一个很重要的问题，室内照明光源用作通信的响应比较慢，光源明暗闪烁频率较低，调制速率比较低，对于高速信号无法响应。因此，需要改善光源的响应速率，同时满足照明和通讯的需求。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是：提供一种多环正方形单元结构的可见光通信发光器件及其制备方法，基于该目的，本发明至少提供如下技术方案：
一种多环正方形单元结构的可见光通信发光器件，所述可见光通信发光器件具有至少一个正方形单元，所述正方形单元具有依次层叠的衬底、N型层、N型半导体、有源区、P型半导体以及P电极，所述N型层上设置有N电极，所述P电极位于所述正方形单元的中心，
其中，所述正方形单元包括四个四分之一圆环组合阵列，每个四分之一圆环组合阵列的圆心分别位于所述正方形单元的四个角，所述四分之一圆环组合阵列包括依次层叠N型半导体、有源区以及P型半导体，所述N型半导体与所述P型半导体呈同心圆环状交替排列。
进一步的，所述有源区具有多个在投影面上暴露所述N型半导体的圆环状凹槽，所述四分之一圆环组合阵列中的所述N型半导体的一端暴露于所述有源区的正投影之外。
进一步的，还包括第一金线以及第二金线，所述第一金线沿靠近所述正方形单元的四边分布连接所述N型半导体至所述N电极，所述第二金线呈十字状连接所述P型半导体至所述P电极。
进一步的，所述正方形单元具有四个N电极区，所述四个N电极区分别位于所述正方形单元的四角，所述N电极设置于所述四个N电极区之一。
进一步的，所述四个四分之一圆环组合阵列结构相同。
进一步的，所述P电极为圆形。
一种多环正方形单元结构的可见光通信发光器件的制备方法，其包括如下步骤：
在衬底上依次生长N型半导体层、有源层以及P型半导体层；
刻蚀所述P型半导体层至部分所述N型半导体层，形成至少一个正方形N型层台面、位于所述N型层台面上的四个四分之一圆环组合阵列以及位于所述正方形N型层台面四个角的N电极区、位于所述正方形中央的P电极区，其中所述四分之一圆环组合阵列具有所述N型半导体层与所述P型半导体层呈交替排列的同心圆环形状；
在所述电极区蒸镀N电极以及P电极；
制作第一金线以及第二金线，所述第一金线将刻蚀后的所述N型半导体沿靠近所述正方形N型台的四边连接，所述第二金线呈十字状连接所述P型半导体至所述P电极。
进一步的，所述刻蚀步骤中，在所述有源层形成具有多个在投影面上暴露所述N型半导体的圆环状凹槽，所述四分之一圆环组合阵列中的所述N型半导体的一端暴露于所述有源区的正投影之外。
进一步的，所述N电极位于所述正方形N型台面四个角的N电极区之一。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
本发明的可见光通信发光器件具有以正方形为单元的芯片结构，不仅能够使芯片更加紧凑，节省了晶圆的空间，最主要的是其电极到半导体材料的距离大大缩短，该设置加快了器件的响应速率，有利于半导体光源更加高频的明暗交替，增加了传输信号的速率。
附图说明
图1是本发明多环正方形单元结构的可见光通信发光器件的结构示意图。
图2是本发明多环正方形单元结构的可见光通信发光器件的俯视结构示意图。
附图说明：101、衬底，102、N型层，103、N型半导体，104、有源区，105、P型半导体，106、P电极，107、N电极，108、第一金线，109、第二金线。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
如图1-2所示，本发明多环正方形单元结构的可见光通信发光器件至少具有一个正方形单元，该正方形单元具有依次层叠的衬底101、N型层102、N型半导体103、有源区104、P型半导体105以及P电极106，N型层上设置有N电极107，P电极位于正方形单元的中心，N电极位于正方形单元的四个角之一，第一金线108将N型半导体103沿靠近正方形单元的四条边连接至N电极107，第二金线109呈十字状连接P型半导体至P电极。
正方形单元包括四个结构完全相同的四分之一圆环组合阵列，每个四分之一圆环组合阵列的圆心分别位于所述正方形单元的四个角，所述四分之一圆环组合阵列包括依次层叠的N型半导体103、有源区104以及P型半导体105，所述N型半导体103与所述P型半导体105呈同心圆环状交替排列。有源区104中具有多个在投影面上暴露N型半导体103的圆环状凹槽。每个四分之一圆环组合阵列中N型半导体103的一端暴露于有源区104的正投影之外，第一金线108沿靠近正方形单元的四条边连接该暴露端呈正方形。每个四分之一圆环组合阵列中N型半导体103的另一端与有源区104的正投影重合。呈十字状连接P型半导体至P电极的十字段分别位于每个四分之一圆环的角平分线上。在该实施例中，P电极以及N电极均优选圆形。
本发明以正方形为单元的芯片结构，不仅能够使芯片更加紧凑，节省了晶圆的空间，最主要的是其电极到半导体材料的距离大大缩短，该设置加快了器件的响应速率，有利于半导体光源更加高频的明暗交替，增加了传输信号的速率。
接下来将结合本发明多环正方形单元结构的可见光通信发光器件的制备方法，对该可见光通信发光器件做以进一步介绍。该制备方法包括以下步骤：
步骤S1、在衬底上依次生长N型半导体层、有源层以及P型半导体层，该衬底优选蓝宝石衬底；
步骤S2、刻蚀P型半导体层至部分N型半导体层，形成至少一个正方形N型台面、位于所述N型层台面上的四个四分之一圆环组合阵列以及位于正方形N型层台面四个角的N电极区、位于正方形中央的P电极区，四分之一圆环组合阵列中，N型半导体层与所述P型半导体层呈交替排列的同心圆环形状，且四分之一圆环组合阵列的圆心分别位于正方形N型台面的四个角，即对应四个N电极区，有源层中刻蚀有多个在投影面上暴露N型半导体的圆环状凹槽，此处暴露的N型半导体即对应N型半导体103。该刻蚀步骤形成的结构同上述可见光通信发光器件的结构描述。该实施例中，优选电子束曝光来实现上述刻蚀结构。
步骤S3、在刻蚀步骤中形成的N电极区及P电极区蒸镀N电极以及P电极，其中N电极蒸镀于正方形N型台面四个角的N电极区之一。
步骤S4、制作第一金线以及第二金线，第一金线沿N型半导体在有源层投影面暴露的一端，沿正方形N型台面的四个边连接至N电极，第一金线的连接整体上呈正方形；第二金线呈十字状连接P型半导体至P电极，且第二金线的十字端分别位于四分之一圆环的角平分线上。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多环正方形单元结构的可见光通信发光器件，其特征在于，所述可见光通信发光器件具有至少一个正方形单元，所述正方形单元具有依次层叠的衬底、N型层、N型半导体、有源区、P型半导体以及P电极，所述N型层上设置有N电极，所述P电极位于所述正方形单元的中心，
其中，所述正方形单元包括四个四分之一圆环组合阵列，每个四分之一圆环组合阵列的圆心分别位于所述正方形单元的四个角，所述四分之一圆环组合阵列包括依次层叠N型半导体、有源区以及P型半导体，所述N型半导体与所述P型半导体呈同心圆环状交替排列；
所述正方形单元具有四个N电极区，所述四个N电极区分别位于所述正方形单元的四角，所述N电极设置于所述四个N电极区之一；
所述可见光通信发光器件还包括第一金线以及第二金线，所述第一金线沿靠近所述正方形单元的四边分布连接所述N型半导体至所述N电极，所述第二金线呈十字状连接所述P型半导体至所述P电极。
2.根据权利要求1的所述可见光通信发光器件，其特征在于，所述有源区具有多个在投影面上暴露所述N型半导体的圆环状凹槽，所述四分之一圆环组合阵列中的所述N型半导体的一端暴露于所述有源区的正投影之外。
3.根据权利要求1-2之一的所述可见光通信发光器件，其特征在于，所述四个四分之一圆环组合阵列结构相同。
4.根据权利要求1-2之一的所述可见光通信发光器件，其特征在于，所述P电极为圆形。
5.一种多环正方形单元结构的可见光通信发光器件的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
在衬底上依次生长N型半导体层、有源层以及P型半导体层；
刻蚀所述P型半导体层至部分所述N型半导体层，形成至少一个正方形N型层台面、位于所述N型层台面上的四个四分之一圆环组合阵列以及位于所述正方形N型层台面四个角的N电极区、位于所述正方形中央的P电极区，其中所述四分之一圆环组合阵列具有所述N型半导体层与所述P型半导体层呈交替排列的同心圆环形状；
在所述电极区蒸镀N电极以及P电极，所述N电极位于所述正方形N型台面四个角的N电极区之一；
制作第一金线以及第二金线，所述第一金线将刻蚀后的所述N型半导体沿靠近所述正方形N型台的四边连接，所述第二金线呈十字状连接所述P型半导体至所述P电极。
6.根据权利要求5的所述制备方法，其特征在于，所述刻蚀步骤中，在所述有源层形成具有多个在投影面上暴露所述N型半导体的圆环状凹槽，所述四分之一圆环组合阵列中的所述N型半导体的一端暴露于所述有源区的正投影之外。
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