CN111081831B - 基于多电极的照明通信器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于多电极的照明通信器件及其制备方法，该器件包括N型半导体层、多量子阱层、N电极、P型半导体层以及P电极，其P电极包括P电极内环以及P电极外环，内环和外环各包括四个电极弧段，在P型层上由内到外环状均匀分布，并且四个电极同时独立工作，改变了传统电极分布于单一区域的形态，克服了电流密度过于集中的缺陷，提升了有源区注入电流的均匀性，并且注入有源区的电流增多提升了电流扩散均匀性，提升了器件的响应速率，提高了可见光通信的信噪比以及光通信容量及质量，做到了注重通信速率的同时兼顾照明需求。
Description
技术领域
本发明涉及照明通信器件领域，具体涉及一种基于多电极的照明通信器件及其制备方法。
背景技术
传统的固态发光元件中，P型氮化物具有较低的导电性，所以电流在P型层表面的横向扩散比纵向扩散弱得多，加上P型层厚度有限，往往电流没有在横向扩散多远就已经达到有源区，造成了复合区域仅限于电极下方的部分有源区。最终结果导致器件的发光亮度不均匀、辐射复合效率低、发热不均匀等现象，严重影响了器件性能。
基于LED的可见光通信技术，结合了LED照明功能和可调制的特点，作为照明光源的同时，提供了无线网络覆盖功能。可见光作为载波，受到高频数字信号的调制，光探测器将接收到的光信号转换为电信号，实现以可见光作为载体的通信方式；基于其照明通信两用的特点，可见光通信技术在街道路灯、商场等需要同时提供照明和无线网络覆盖的场所有很大的应用前景；飞机飞行过程中，利用卫星信号调制机舱内的可见光通信光源，可实现无线覆盖，使得飞行过程中的网络连接成为可能。目前，照明通信两用的发光器件调制速率比较低，对于高速信号无法响应。因此，如何改善器件的电流横向扩展均匀性，以及提升可见光通信发光器件的调制速率都是需要解决的问题。
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基于多电极的照明通信器件及其制备方法。
基于上述目的，本发明至少提供如下技术方案：
基于多电极的照明通信器件，该照明通信器件由下至上依次包括N型半导体层、多量子阱层、N电极、P型半导体层以及P电极，所述N电极位于所述N型半导体层表面，所述P电极位于所述P型半导体层表面，沿所述多量子阱层及所述P型半导体层的外壁向所述N型半导体层方向设置有四个SiO2绝缘垫，相邻两个所述SiO2绝缘垫之间的夹角为90°；所述P电极包括P电极内环、P电极外环以及直线电极，所述P电极内环与所述P电极外环为同心圆环状，所述直线电极沿所述圆环的直径方向，从所述P电极内环经由所述P电极外环延伸至所述SiO2绝缘垫，所述P电极内环以及所述P电极外环均由四段均匀分布的P电极弧段构成；所述N电极包括四段N电极弧段，两相邻所述N电极弧段之间由所述SiO2绝缘垫分隔。
进一步的，所述直线电极位于所述SiO2绝缘垫的一端设置有P电极焊盘。
进一步的，所述N电极弧段上设置有N电极焊盘。
进一步的，所述P电极内环以及所述P电极外环的相对应P电极弧段及其相对应的直线电极形成四个独立的“士”字形结构。
进一步的，所述N电极焊盘设置于所述N电极圆弧的中部位置。
进一步的，所述N电极呈环状，所述N电极的环状半径大于所述P电极外环半径。
进一步的，所述直线电极连接所述P电极弧段的中部位置。
基于多电极的照明通信器件的制备方法，其包括以下步骤：
在衬底上沉积N型半导体层、多量子阱层以及P型半导体层，形成外延片；
在上述外延片上采用光刻工艺，依次形成N型半导体台面以及包含多量子阱层及P型半导体的台面；
沉积SiO2绝缘垫，沿包含多量子阱层及P型半导体的台面的侧壁向N型半导体台面沉积预设形状的SiO2绝缘垫；
在所述P型半导体层上蒸镀P电极，所述P电极包含两个同心圆环结构的P电极内环、P电极外环以及四个直线电极，直线电极与P电极内环以及P电极外环交叉，且两相邻直线电极之间的夹角为90°，所述直线电极的一端延伸至所述SiO2绝缘垫上；
刻蚀P电极，沿各相邻两直线电极所成夹角的角平分线将所述P电极内环及所述P电极外环刻蚀成均匀分布的四个部分，相互之间不导通；
蒸镀N电极，在所述N型半导体台面上蒸镀环状N型电极；
刻蚀N型电极形成均匀分布的四个部分，相互之间不导通。
进一步的，蒸镀P电极的步骤中还包括，在直线电极靠近所述SiO2绝缘垫一侧的端部蒸镀焊盘结构。
进一步的，蒸镀N电极的步骤中还包括蒸镀四个焊盘，所述焊盘分别位于各所述N电极中部位置。
总的说来，本发明具有如下优点：
(1)本发明的P电极包含P电极内环以及P电极外环，P电极内环以及P电极均设置四个P电极弧段，并在P型半导体层上由内到外环状均匀分布，并且四个电极弧段同时独立工作，改变了传统电极分布于单一区域的形态，克服了电流密度过于集中的缺陷，提升了有源区注入电流的均匀性，并且注入有源区的电流增多提升了电流扩散均匀性，提升了器件的响应速率，提高了可见光通信的信噪比以及光通信容量及质量，做到了注重通信速率的同时兼顾照明需求。
(2)本发明P型电极的特殊结构将P型层隔离成多个近似独立的不同区域，各个区域可近似为独立的电流受限孔径，孔径限制电流流动路径，可降低结电容，也可提高响应速率，从而达到进一步提高系统的传输速率的作用，提升可见光通信容量。
附图说明
图1是本发明照明通信器件的整体效果示意图。
图2是本发明照明通信器件的俯视图。
附图说明：
1为P电极外环，2为SiO2绝缘垫，3为P电极焊盘，4为P电极内环，5为N电极焊盘，6为N电极，7为P型半导体层，8为N型半导体层，1-1至1-4分别为部分P电极外环，2-1至2-4为四个SiO2绝缘垫，3-1至3-4为四个P电极焊盘，4-1至4-4分别为部分P电极内环，5-1至5-4为四个N电极焊盘，6-1至6-4分别为部分N电极。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
本发明的基于多电极的照明通信器件的结构如图1至2所示，该照明通信器件由下至上依次包括N型半导体层、多量子阱层、N电极、P型半导体层以及P电极，N电极位于N型半导体层表面，P电极位于P型半导体层表面。
该照明通信器件中还包括有四个SiO2绝缘垫2-1至2-4，SiO2绝缘垫沿多量子阱层及P型半导体层的外壁向N型半导体层表面设置，且相邻两个SiO2绝缘垫之间的夹角为90°。
P电极包括P电极内环4、P电极外环1以及直线电极。
P电极内环4与P电极外环1为同心圆环状，P电极内环以及P电极外环均由四段均匀分布的P电极弧段4-1至4-4以及1-1至1-4构成，P电极弧段之间不导通。
直线电极连接P电极弧段的中部位置。沿其同心圆环的直径方向，直线电极从P电极内环经由P电极外环延伸至SiO2绝缘垫表面，并且直线电极在各SiO2绝缘垫2-1至2-4表面端分别设置有P电极焊盘3-1至3-4。
互相平行设置的P电极内环的弧段及P电极外环的弧段，以及连接其弧段的直线电极构成独立的“士”字形结构，由图1-2可以看出，整个P电极由四个独立的“士”字形结构构成。四个P型电极弧段在P型半导体层上由内到外环状均匀分布，增加了有源区注入电流的均匀性。并且该四个电极弧段同时独立工作，器件的响应速率大大提升，高的相应速率提高了系统的传输速率，提升了可见光通信容量。
N电极6整体上为环状结构，设置于N型半导体层表面，且N电极的环状半径大于P电极外环1半径，N电极6包括均匀分布的四段N电极弧段6-1至6-4，两相邻N电极弧段之间由SiO2绝缘垫分隔，N电极弧段之间不导通。在每个N电极弧段的中部位置设置有N电极焊盘。
本发明特殊的P型电极结构，将P型层隔离成了多个近似独立的不同区域，各个区域可近似为独立的电流受限孔径，孔径限制电流流动路径，可降低结电容，也可提高响应速率，从而达到进一步提高系统的传输速率的作用，提升可见光通信容量。
本发明还公开了针对上述基于多电极的照明通信器件的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
a.在传统蓝宝石衬底上依次沉积N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层。
b.在生长好的外延片上进行光刻工艺，通过光刻工艺，依次形成N型半导体台面以及包含多量子阱层及P型半导体的台面。
每次光刻之后使用ICP(感应耦合等离子)干法刻蚀技术，将光刻板上的预设图形转移到外延片上。
c.沉积SiO2绝缘垫。具体的，沿P型半导体层台面的侧壁向N型半导体层台面沉积SiO2绝缘垫，SiO2绝缘垫的沉积数量为4个，且相邻两绝缘垫之间的夹角为90°，SiO2绝缘垫的形状为预设电极焊盘的形状，可以是圆形、方形或长方形。在该实施例中，SiO2绝缘垫的形状为长方形。
d.蒸镀P型电极，先在P型半导体层表面蒸镀两个同心圆环结构的P电极，并且两个同心圆环通过四个直线电极连接，两同心圆环分别与直线电极交叉，直线电极从电极内环开始，沿圆环的直径方向穿过电极外环延伸至SiO2绝缘垫。在直线电极位于SiO2绝缘垫上的端点处蒸镀焊盘结构，相邻两直线电极之间的夹角为90度。
然后将P型电极的内环以及外环刻蚀形成均匀分布的四部分，相邻部分之间互不导通。每一部分各有一个直线电极，且其直线电极位于各部分的中线位置。
e.蒸镀N型电极，在N型半导体层台面表面均匀蒸镀四个焊盘以及四段圆弧状的N型电极，相邻部分的N型电极之间由SiO2绝缘垫分隔而互不导通。四段圆弧状的N型电极构成不导通的一圈圆形N型电极。
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 (8)
1.基于多电极的照明通信器件，该照明通信器件由下至上依次包括N型半导体层、多量子阱层、N电极、P型半导体层以及P电极，所述N电极位于所述N型半导体层表面，所述P电极位于所述P型半导体层表面，其特征在于，沿所述多量子阱层及所述P型半导体层的外壁向所述N型半导体层方向设置有四个SiO2绝缘垫，相邻两个所述SiO2绝缘垫之间的夹角为90°；所述P电极包括P电极内环、P电极外环以及直线电极，所述P电极内环与所述P电极外环为同心圆环状，所述直线电极沿所述圆环的直径方向，从所述P电极内环经由所述P电极外环延伸至所述SiO2绝缘垫，所述P电极内环以及所述P电极外环均由四段均匀分布的P电极弧段构成；所述N电极包括四段N电极弧段，两相邻所述N电极弧段之间由所述SiO2绝缘垫分隔；
所述P电极内环以及所述P电极外环的相对应P电极弧段及其相对应的直线电极形成四个独立的“士”字形结构；
所述N电极呈环状，所述N电极的环状半径大于所述P电极外环半径。
2.根据权利要求1的所述照明通信器件，其特征在于，所述直线电极位于所述SiO2绝缘垫的一端设置有P电极焊盘。
3.根据权利要求1或2的所述照明通信器件，其特征在于，所述N电极弧段上设置有N电极焊盘。
4.根据权利要求3的所述照明通信器件，其特征在于，所述N电极焊盘设置于所述N电极圆弧的中部位置。
5.根据权利要求1的所述照明通信器件，其特征在于，所述直线电极连接所述P电极弧段的中部位置。
6.照明通信器件的制备方法，其包括以下步骤：
在衬底上沉积N型半导体层、多量子阱层以及P型半导体层，形成外延片；
在上述外延片上采用光刻工艺，依次形成N型半导体台面以及包含多量子阱层及P型半导体的台面；
沉积SiO2绝缘垫，沿包含多量子阱层及P型半导体的台面的侧壁向N型半导体台面沉积预设形状的SiO2绝缘垫；
在所述P型半导体层上蒸镀P电极，所述P电极包含两个同心圆环结构的P电极内环、P电极外环以及四个直线电极，直线电极与P电极内环以及P电极外环交叉，且两相邻直线电极之间的夹角为90°，所述直线电极的一端延伸至所述SiO2绝缘垫上；
刻蚀P电极，沿各相邻两直线电极所成夹角的角平分线将所述P电极内环及所述P电极外环刻蚀成均匀分布的四个部分，相互之间不导通；
蒸镀N电极，在所述N型半导体台面上蒸镀环状N型电极；
刻蚀N型电极形成均匀分布的四个部分，相互之间不导通。
7.根据权利要求6的所述制备方法，其特征在于，蒸镀P电极的步骤中还包括，在直线电极靠近所述SiO2绝缘垫一侧的端部蒸镀焊盘结构。
8.根据权利要求6的所述制备方法，其特征在于，蒸镀N电极的步骤中还包括蒸镀四个焊盘，所述焊盘分别位于各所述N电极中部位置。
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