CN116314561A - 可见光通信器件及其制备方法和可见光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可见光通信器件及其制备方法和可见光通信系统，可见光通信器件包括：发光单元、用于封装微发光元件的封装结构以及设置在微发光元件上方并与微发光元件接触的内散热件，发光单元包括至少两个微发光元件；内散热件部分设置于封装结构的内部，且内散热件穿过封装结构并与外散热件相连接，外散热件设置于封装结构的外部，内散热件用于将微发光元件产生的热量传输至外散热件。本发明提供的可见光通信器件能够将芯片内部的热量通过内散热件迅速传导至外散热件，散热速率提升显著。

Description

可见光通信器件及其制备方法和可见光通信系统
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种可见光通信器件及其制备方法和可见光通信系统。
背景技术
微发光二极管(Micro Light Emitting Diode，Micro-LED)作为下一代显示技术，在新型微显示器件、增强现实/虚拟现实或可见光(Visible Light)通信等领域有着广泛应用前景。近年来，推进一种利用可见光的可见光通信技术的开发，该可见光的光源为微发光二极管。
针对微发光二极管在可见光通信中的应用来说，高数据传输速率需要较高的输出光功率，因此需要较高的注入电流密度。除降低器件量子限制斯塔克效应提高输出功率以外，器件自身的导热性能也是一个非常重要的考虑因素。尤其在Micro-LED高集成化和微型化的基础上，器件散热问题更应该引起大家的关注。
目前Micro-LED器件集成在蓝宝石衬底或硅衬底上，但是蓝宝石衬底的导热率约为25W/(m·K)，硅衬底的导热率约为130W/(m·K)，因此散热性能较差。而在同质外延的Micro-LED中，氮化镓衬底的热导率约为130W/(m·K)，其热导率与硅衬底类似。虽然SiC衬底具有优良的热学、化学和电学性质，且导热率约为490W/(m·K)，是制备Micro-LED器件的最佳衬底之一，但是SiC衬底价钱昂贵。
目前有研究将金刚石材料沉积在衬底的背面，使用金刚石作为散热材料进行散热。虽然金刚石是自然界导热率最高的物质，其热导率约为2200W/(m·K)，但金刚石的硬度高，不利于Micro-LED的切割，并且沉积金刚石薄膜需要采用化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition，CVD)的方法，通常需要在高达1000℃左右的高温下沉积，生长速率慢、形成的金刚石和衬底的导热差异较大，导致金刚石薄膜的附着性差，容易翘曲，致使最终产品的导热性能受限。
虽然也有研究将其他的导热材料附着在衬底的背面，这样能够和Micro-LED芯片相接触，容易将产生的热量直接导出。但这种技术并没有考虑到导热材料与衬底背面的粘附性，而且在Micro-LED芯片封装时会将导热材料层封装在内部，这样更不利于热量的导出。
因此，急需一种能够快速对光通信的Micro-LED器件进行散热的结构及其制备工艺。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种可见光通信器件及其制备方法和可见光通信系统，通过设置与外散热件相连接的内散热件，能够实现微发光元件热量的快速传导，而且能将热量迅速传递至封装结构外部，避免了热量在内部难以散出的情况。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种可见光通信器件，所述可见光通信器件包括：
发光单元，所述发光单元包括至少两个微发光元件；
用于封装所述微发光元件的封装结构；
设置在所述微发光元件上方并与所述微发光元件接触的内散热件；所述内散热件部分设置于所述封装结构的内部，且所述内散热件穿过所述封装结构并与外散热件相连接，所述外散热件设置于所述封装结构的外部，所述内散热件用于将所述微发光元件产生的热量传输至所述外散热件。
本发明提供的可见光通信器件通过设置与封装结构外部的外散热件相连的内散热件，能够及时的将微发光元件产生的热量转移至封装结构的外部，提高了散热效果。
优选地，所述内散热件包括相互连接的散热延伸部与散热主体部，所述散热主体部设置在所述封装结构的内部且与所述微发光元件接触，所述散热延伸部穿过所述封装结构并与所述外散热件相连接。
优选地，所述微发光元件包括衬底以及设置在所述衬底远离所述内散热件一侧的堆叠结构；所述堆叠结构包括依次堆叠的缓冲层、N型层、发光量子阱层和P型层。
优选地，所述N型层远离所述缓冲层的一侧设置有N型电极；所述P型层远离所述发光量子阱层的一侧设置有P型电极。
优选地，所述内散热件包括与所述N型电极的位置相对应的第一散热条，所述第一散热条沿竖直方向的中心线与所述N型电极沿竖直方向的中心线叠合。
优选地，所述第一散热条在水平方向的长度与所述N型电极在水平方向的长度相同。
优选地，所述内散热件包括与所述P型电极的位置相对应的第二散热条，所述第二散热条沿竖直方向的中心线与所述P型电极沿竖直方向的中心线叠合。
优选地，所述第二散热条在水平方向的长度与所述P型电极在水平方向的长度相同。
值得说明的是，由于内散热件并非透明材料，其设置在微发光元件的上方容易遮挡住微发光元件的出射光，因此本发明将内散热件包括第一散热条和第二散热条，并使第一散热条和第二散热条分别与N型电极和P型电极的位置相对应设置，且控制第一散热条和第二散热条在水平方向的长度分别与所述N型电极和P型电极在水平方向的长度相同，以达到内散热件不会遮挡背面发出的光的目的，能够在提高散热的同时起到不影响发光强度的效果。
优选地，所述可见光通信器件还包括驱动基板；所述发光单元设置在所述驱动基板上。
优选地，所述封装结构包括；所述密封堤坝设置在所述驱动基板上且围绕在全部所述微发光元件的四周外侧，将全部所述微发光元件封装在内。
优选地，所述封装结构还包括密封胶和密封基板，所述密封基板设置在所述密封堤坝上方，所述密封基板、所述密封堤坝和所述驱动基板形成密封空间，将所述微发光元件封装在所述密封空间内；所述密封胶填充满所述密封空间的空隙。
可以了解的是，封装结构包括密封堤坝、密封胶和密封基板，密封堤坝、密封基板以及驱动基板将微发光元件围绕在其三者形成的密封空间内，导致微发光元件在运行时产生的热量难以传导出，因此本发明通过内散热件的设置将封装结构内的热量传导至外部，显著提高散热效果。
而且，为了保障整体发光单元的封装效果，避免外部环境对微发光元件的污染，使密封胶的高度覆盖住内散热件的内接部。
优选地，所述散热延伸部与散热主体部一体成型。
优选地，所述内散热件的材质包括铝与铜。
值得说明的是，在微发光元件表面设置内散热件容易出现内散热件与微发光元件中衬底接触不佳的情况，当内散热件与衬底接触不良即二者之间存在间隙时，热量传导的效果将显著下降，因此，本发明将内散热件的材质选用铝和铜，其具体自微发光元件的表面向外依次分为三个区域，分别记为第一区域、第二区域和第三区域，第一区域的材质为铝；第二区域的材质为铝含量逐渐减少铜含量逐渐增加的铝铜合金；第三区域为铜。其中，第一区域与衬底以及外散热件直接接触，第一区域的材质选用铝，能够与衬底具有优良的接触效果，可有效避免内散热件翘曲导致热量传导效果下降的情况；而第二区域的材质选择铝含量逐渐减少铜含量逐渐增加的铝铜合金，能够有效衔接第一区域和第二区域，避免内散热件材质内部开裂的情况，而且铝铜中间没有界面，不会存在界面导热不均匀的状况；第三区域的材质选用铜，相比纯铝而言，导热系数更大，能够更好地提高传热效果。
优选地，所述内散热件中铝的高度占所述内散热件的高度的十分之一到二分之一。
可以理解的是，为了保障第一区域中铝与衬底的良好接触，本发明将第一区域即铝(不含铝向铜过渡的高度)的高度设置占内散热件高度的十分之一到二分之一，能够保障有足够的铝与衬底接触并形成合金，提高内散热件与衬底的粘附性。
优选地，所述内散热件中铜的高度占所述内散热件的高度的三分之一到四分之三。
可以理解的是，为了保障内散热件整体的热传导效果，本发明将第三区域的高度设置占内散热件高度的三分之一到四分之三，能够保障有足够高度的铜进行散热，整体内散热件的散热性能更佳。
优选地，所述内散热件的整体高度为5～20μm，例如可以是5μm、6μm、7μm、8μm、10μm、12μm、15μm、17μm或20μm等。
优选地，所述内散热件的长度为0.1～5mm，例如可以是0.1mm、0.5mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm或5mm等。
值得说明的是，内散热件的尺寸与微发光元件本身的结构尺寸相关，但当内散热件的整体高度过高时，封装结构为了将内散热件整体封装进密闭空间，封装结构的整体体积将增大，成本更高且整体热量难以释放至外部环境中；当内散热件的整体高度过低时，一方面制作形成一体成型的从铝向铜过渡的内散热件的制作工艺困难，另一方面散热效果将较差；在长度方向上，需要保障内散热件的长度能够与外散热件有足够的接触面积，保障外散热件对散热延伸部的支撑作用；因此，本发明优选内散热件的高度和长度在上述范围内，能够提高散热面积，促进微发光元件热量的传导。
本发明第一方面可见光通信器件的制备方法没有特殊限制，优选采用本发明下述第二方面可见光通信器件的制备方法制得。
第二方面，本发明提供一种可见光通信器件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
制作发光单元，所述发光单元包括至少两个微发光元件。
在所述微发光元件的上方制作内散热件，并将所述内散热件与外散热件相连；其中，所述内散热件与所述微发光元件相接触，所述内散热件用于将所述微发光元件产生的热量传输至所述外散热件；
在所述微发光元件与所述外散热件之间制作封装结构，以将所述内散热件部分封装在所述封装结构的内部且将所述外散热件设置在所述封装结构的外部。
本发明第二方面提供的可见光通信器件的制备方法通过制作与封装结构外部的外散热件相连的内散热件，能够及时的将微发光元件产生的热量转移至封装结构的外部，提高了散热效果。
优选地，所述在所述微发光元件的上方制作内散热件，包括：
在所述外散热件与所述微发光元件之间的间隔处设置支撑件；
在所述支撑件与所述微发光元件上制作所述内散热件；
去除所述支撑件。
值得说明的是，外散热件与微发光元件之间含有间隔，而制作内散热件时需要保障散热延伸部与散热主体部一体成型，因此，本发明在制作内散热件时，在外散热件与微发光元件之间的间隔处设置支撑件，从而使内散热件一体成型，避免内散热件的断裂或出现裂纹；并通过去除支撑件，使内散热件与微发光元件之间保留有间隔。
优选地，所述在所述支撑件与所述微发光元件上制作所述内散热件，包括：在所述支撑件与所述微发光元件上沉积导热金属，并对所述导热金属进行热处理，形成所述内散热件。
本发明先在所述支撑件与所述微发光元件上沉积导热金属，然后进行热处理，使导热金属与微发光元件的衬底形成合金，提高内散热件与微发光元件的粘附性。
优选地，所述沉积包括溅射沉积。
优选地，所述溅射沉积包括：将靶材固定在真空室的直流靶头上，将所述微发光元件的待沉积一侧放置在样品台上，对所述微发光元件的待沉积一侧进行磁控溅射，形成所述内散热件。
优选地，所述直流靶头所在平面和所述样品台所在平面之间的平面角为30～50°，例如可以是30°、32°、33°、34°、35°、38°、40°、42°、43°、45°、47°或50°等。
优选地，所述直流靶头与所述样品台的间距为60～80mm，例如可以是60mm、62mm、63mm、64mm、65mm、67mm、68mm、70mm、72mm、74mm、75mm、77mm、78mm或80mm等。
优选地，所述磁控溅射中真空度为1×10-4～6×10-4Pa，例如可以是1×10-4Pa、1.2×10-4Pa、1.5×10-4Pa、1.8×10-4Pa、2.0×10-4Pa、2.2×10-4Pa、2.5×10-4Pa、2.8×10-4Pa、3.0×10-4Pa、3.5×10-4Pa、4.0×10-4Pa、4.5×10-4Pa、5.0×10-4Pa、5.5×10-4Pa或6.0×10- 4Pa等。
优选地，所述磁控溅射中样品台的旋转速度为3～5r/min，例如可以是3r/min、3.2r/min、3.5r/min、3.8r/min、4.0r/min、4.2r/min、4.4r/min、4.5r/min、4.8r/min或5.0r/min等。
优选地，所述磁控溅射中样品台的温度设定为140～250℃，例如可以是140℃、145℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃等。
优选地，所述直流靶头包括固定铝靶材的第一直流靶头和固定铜靶材的第二直流靶头。
优选地，所述磁控溅射还包括：
在第一时间段内向所述第一直流靶头通入电流，以溅射铝靶材；
在第二时间段内逐步减小向所述第一直流靶头通入的电流且逐步增大向所述第二直流靶头通入的电流，以溅射铝靶材与铜靶材，直至所述第一直流靶头的电流降为设定值；
在第三时间段内向所述第二直流靶头通入电流，以溅射铜靶材。
值得说明的是，在微发光元件上设置内散热件的关键在于内散热件与微发光元件接触是否良好。由于铝能够与衬底材质形成合金，避免翘曲和开裂现象的出现，因此，本发明通过设置铝金属与微发光元件接触。但铝的传热性能不足，仅采用铝作为导热金属，散热效果较低，为了进一步提升传热效果，本发明在内散热件中引入铜金属，然而考虑到引入两种金属后铝和铜本身相接的问题。因此，选用两种金属靶材进行磁控溅射，并在磁控溅射的过程中分为上述三个时间段，通过先溅射铝后缓慢过渡到溅射铜的方式形成与衬底和外散热件接触的材质为铝，主导热材质为铜的内散热件，既与衬底有良好的接触也能够显著提高导热效果。
优选地，所述第一时间段内的结束时间为开始溅射后的3～10min，例如可以是3min、3.5min、4min、4.5min、5min、6min、7min、8min、9min或10min等。
为了保障溅射出来的铝的厚度，并且确保有足够的铝能够与衬底形成合金，增强内散热件与铝相接的牢固性，本发明第一时间段的结束时间在上述范围。
优选地，所述第二时间段内的结束时间为开始溅射后的5～20min，例如可以是5min、6min、7min、8min、9min、10min、12min、14min、15min、18min或20min等。
为了保障铝与铜之间有良好的过渡，且实现铜仍然是导热的主要材质，本发明优选第二阶段的结束时间为开始溅射后的5～20min。
优选地，所述第二时间段内第一直流靶头的电流减小速率为10～20A/min，例如可以是10A/min、11A/min、12A/min、13A/min、14A/min、15A/min、16A/min、17A/min、18A/min、19A/min或20A/min等。
优选地，所述第二时间段内第二直流靶头的电流增大速率为8～25A/min，例如可以是8A/min、9A/min、10A/min、11A/min、12A/min、15A/min、18A/min、19A/min、20A/min、21A/min或25A/min等。
值得说明的是，铝向铜过渡的阶段二者组分的逐渐变化较为关键，当过渡效果不佳时容易在内散热件上产生界面，从而导致在界面处导热不均匀的情况；因此，本发明将第二时间段内第一直流靶头的电流减小速率和第二直流靶头的电流增大速率控制在上述范围，以避免铝和铜之间界面的出现，保障传热的均匀性。
优选地，所述热处理的温度为600～640℃，例如可以是600℃、605℃、610℃、615℃、620℃、625℃、630℃、635℃或640℃等。
可以理解的是，铝的熔点大约为660℃，在640℃左右铝和铜能形成合金，并且600℃以上时，铝和GaN能形成类似于合金的材料，增大导热金属与衬底的粘附性，并且导热材料没有界面，不会存在界面导热不均匀的状态，因此本发明热处理温度控制在600～640℃之间。
优选地，所述热处理的时间为10～30min，例如可以是10min、12min、15min、16min、17min、18min、19min、20min、22min、25min、28min或30min等。该时间内，足以使得铝与氮化镓形成合金，同时也能满足铝与铜形成合金，可有效避免界面的出现，提高导热的均匀性。
优选地，所述微发光元件包括衬底以及设置在所述衬底远离所述内散热件一侧的堆叠结构，所述堆叠结构包括N型层、P型层、N型电极以及P型电极。所述制作发光单元包括：使用掩模版对所述堆叠结构进行选择性刻蚀，暴露出N型层；在暴露的N型层上制作N型电极，且在P型层上制作P型电极；
优选地，所述内散热件包括与所述N型电极的位置相对应的第一散热条，所述第一散热条的制作包括：使用所述掩模版在所述衬底上与所述N型电极相对应的位置沉积导热金属并进行热处理，得到所述第一散热条；和/或
所述内散热件包括与所述P型电极的位置相对应的第二散热条，所述第一散热条的制作包括：使用所述掩模版在所述衬底上与所述P型电极相对应的位置沉积导热金属并进行热处理，得到所述第二散热条。
值得说明的是，由于内散热件并非透明材料，其设置在微发光元件的上方容易遮挡住微发光元件的出射光，因此本发明将内散热件包括第一散热条和第二散热条，并使第一散热条和第二散热条分别与N型电极和P型电极的位置相对应设置，这样内散热件不会遮挡背面发出的光的目，不影响发光强度。
第三方面，本发明提供一种可见光通信系统，所述可见光通信系统包括可见光通信发光单元，所述可见光通信发光单元包括第一方面所述的可见光通信器件，或者采用第二方面所述的可见光通信器件的制备方法制作得到的可见光通信器件。
本发明第三方面提供的可见光通信系统能够将微发光元件在运行过程中产生的热量通过与微发光元件接触的内散热件导出，因此可达到较高的数据传输速率。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的可见光通信器件能够实现微发光元件热量的快速传导，而且通过与外部的外散热件相连接，能够将热量迅速传递至封装结构外部，避免了热量在内部难以散出的情况。
(2)本发明提供的可见光通信系统能够实现较高的电流密度，可满足较高的数据传输速率。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的可见光通信器件的结构示意图。图中向上的箭头表示出射光，下图相同，不再赘述。
图2是本发明实施例1提供的可见光通信器件的制备方法的流程图。
图3～12是本发明实施例1提供的可见光通信器件的制备方法中各步骤得到的相应结构的示意图。
图13是本发明实施例13提供的可见光通信系统的示意图。
图中：1-可见光通信发光部；11-发光单元；111-衬底；112-堆叠结构；1121-缓冲层；1122-N型层；1123-发光量子阱层；1124-P型层；113-N型电极；114-P型电极；115-密封堤坝；116-密封胶；117-密封基板；12-驱动单元；121-驱动基板；122-驱动电极；123-焊盘电极；13-数据发送单元；2-可见光通信部；21-光接收单元；22-光传感器；23-数据接收单元；24-控制单元；3-掩膜版；31-狭长开口；32-挡板；4-内散热件；41-散热延伸部；42-散热主体部；5-外散热件；6-支撑件。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明提供一种可见光通信器件，可见光通信器件包括：发光单元、封装结构和内散热件。
进一步地，发光单元包括至少两个微发光元件；封装结构用于封装微发光元件。内散热件设置在微发光元件上方并与微发光元件接触；内散热件部分设置于封装结构的内部，且内散热件穿过封装结构并与外散热件相连接，外散热件设置于封装结构的外部，内散热件用于将微发光元件产生的热量传输至外散热件。
作为本具体实施方式的示例，外散热件可以是本领域技术人员熟知的任意结构的散热部件，例如，外散热件为翅型散热件、鳍型散热件或齿状散热件等。
进一步地，内散热件包括相互连接的散热延伸部与散热主体部，散热主体部设置在封装结构的内部且与微发光元件接触，散热延伸部穿过封装结构并与外散热件相连接。
进一步地，微发光元件包括衬底以及设置在衬底远离内散热件一侧的堆叠结构；堆叠结构包括依次堆叠的缓冲层、N型层、发光量子阱层和P型层。
作为本具体实施方式的具体示例，衬底的材质为GaN；对衬底的厚度没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的厚度，衬底的厚度为1～50μm，例如可以是1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm或50μm等。
作为本具体实施方式的具体示例，缓冲层的材质为GaN；对缓冲层的厚度没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的厚度，缓冲层的厚度为2～50nm，例如可以是2nm、3nm、4nm、10nm、20nm、30nm、40nm或50nm等。
衬底具有一定量的位错，位错密度可能高达1×107～1×108/cm2，在如此高的位错密度的衬底上形成发光量子阱层，会影响后续形成的微发光元件的发光效率。因此，为了提高发光量子阱层的晶体质量，可先在衬底上形成缓冲层，然后在缓冲层上形成N型层，这种方式有助于缓解应力和减少位错密度。
作为本具体实施方式的具体示例，对N型层的材质和掺杂浓度没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的N型层的材质和掺杂浓度，例如，N型层的材料可以是氮化镓，氮化镓的掺杂浓度为(5～8)×1017个原子/cm3，掺杂源例如可以是SiH4。N型层的厚度为500～1000nm，例如可以是500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、950nm或1000nm等。
作为本具体实施方式的具体示例，发光量子阱层采用InxGa1-xN/GaN多量子阱层，0＜x＜1且0＜1-x＜1，优选地，x为0.15～0.40，例如可以是0.15、0.18、0.20、0.22、0.25、0.3、0.35或0.40等。InxGa1-xN/GaN多量子阱层的周期数为5～20，例如可以是5、6、7、8、9、10、12、15、18或20等；InxGa1-xN/GaN多量子阱层包括InxGa1-xN量子阱层与GaN量子垒层，InxGa1-xN量子阱层的厚度为2～6nm，例如可以是2nm、3nm、4nm、5nm或6nm等；GaN量子垒层的厚度为10～20nm，例如可以是10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm或20nm等。
作为本具体实施方式的具体示例，对P型层的材质和掺杂浓度没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的P型层的材质和掺杂浓度，例如，氮化镓，氮化镓的掺杂浓度为(5～8)×1017个原子/cm3。对P型层的厚度没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的厚度，P型层的厚度例如可以是80～200nm，例如可以是80nm、90nm、100nm、120nm、150nm、180nm或200nm等。
作为本具体实施方式的具体示例，两个相邻微发光元件之间的衬底相接，形成一个整体。在制作时，对P型层、发光量子阱层、N型层和缓冲层进行刻蚀(记作第一次刻蚀)，以将堆叠结构分为多个小的微发光元件；具体地，第一次刻蚀采用的工艺例如可以是干法刻蚀，刻蚀至暴露出衬底为止，形成分隔的堆叠结构，最终相邻微发光元件之间共用一块大的衬底，两个相邻微发光元件之间的间隙为20～100μm，例如可以是20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm等。
进一步地，N型层远离缓冲层的一侧设置有N型电极；P型层远离发光量子阱层的一侧设置有P型电极。
进一步地，内散热件包括与N型电极的位置相对应的第一散热条，第一散热条沿竖直方向的中心线与N型电极沿竖直方向的中心线叠合。
进一步地，第一散热条在水平方向的长度与N型电极在水平方向的长度相同。
进一步地，内散热件包括与P型电极的位置相对应的第二散热条，第二散热条沿竖直方向的中心线与P型电极沿竖直方向的中心线叠合。
进一步地，第二散热条在水平方向的长度与P型电极在水平方向的长度相同。
进一步地，可见光通信器件还包括驱动基板；发光单元设置在驱动基板上。
封装的发光单元与驱动基板相连接，驱动基板能够驱动发光单元发光。在实际生产过程中，需要将发光单元与驱动基板键合，并通过封装结构封装在一起，防止电极、芯片等受到周围环境中的水、氧或其他杂质的污染，而影响发光单元和驱动单元的使用寿命。
作为本具体实施方式的示例，驱动单元包括驱动基板、设置在驱动基板上的驱动电极、焊盘电极以及位于驱动基板内部的驱动电路(未图示)，驱动电极与外部的驱动电源进行电连接，焊盘电极与微发光元件的N型电极和P型电极进行电连接，对微发光元件提供电信号。
进一步地，封装结构包括密封堤坝；密封堤坝设置在驱动基板上且围绕在全部微发光元件的四周外侧，将全部微发光元件封装在内。
作为本具体实施方式的示例，密封堤坝的材料为树脂材料，例如，密封堤坝的材料为聚酰亚胺和/或环氧树脂等。
进一步地，封装结构还包括密封胶和密封基板，密封基板设置在密封堤坝上方，密封基板、密封堤坝和驱动基板形成密封空间，将微发光元件封装在密封空间内；密封胶填充满密封空间的空隙。
作为本具体实施方式的示例，密封胶由无色、透明材料制成，以防止对微发光元件出射的光进行遮挡。密封胶的材质可以为光学树脂，光学树脂能够对微发光元件进行密封且阻止其接触到外界的水和氧等杂质，光学树脂的材料例如可以为聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethacrylates，PMAA)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)或聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)等，这些材料既有密封性能，又不会影响光的传输。
作为本具体实施方式的示例，密封基板为透明密封基板，例如，密封基板为透明玻璃。
进一步地，散热延伸部与散热主体部一体成型。
进一步地，内散热件可以由一种导热金属制成，比如，金、银、铜或铝，或者由至少两种导热金属制成。例如，内散热件的材质包括铝与铜。
进一步地，内散热件中铝的高度占内散热件的高度的十分之一到二分之一；内散热件中铜的高度占内散热件的高度的三分之一到四分之三。铜的高度大于铝的高度，由于铜的导热系数为401W/(m·K)，铝的导热系数为240W/(m·K)，但铝的吸热性能比铜好，这样会更好的利于吸热和散热。
进一步地，内散热件的整体高度为5～20μm，内散热件的长度为0.1～5mm。
本发明提供一种可见光通信系统，可见光通信系统包括可见光通信发光部和可见光通信部，可见光通信发光部包括上述可见光通信器件。
作为本具体实施方式的具体示例，可见光通信发光部还包括数据发送单元，数据发送单元与微发光元件连接，实现信号传送。具体地，数据发送单元与网络连接(未图示)，网络作为信息发送源的服务器，网络提供的信息传输至数据发送单元，生成发送用数据；可见光通信器件中的微发光元件发出可见光，可见光经发送用数据调制，即发送出叠加了发送用数据的可见光。
作为本具体实施方式的具体示例，可见光通信部包括光接收单元、光传感器、数据接收单元和控制单元。
作为本具体实施方式的具体示例，光接收单元包括透镜组，该透镜组用于对从可见光发光单元发出的可见光进行受光和聚焦；光传感器具有光电变换单元(图中未示出)，该光电变换单元设置于透镜组的出射光路上，光电变换单元用于将透镜组输出的可见光变换为电信号，光传感器将电信号输出到数据接收单元；数据接收单元对电信号进行解调，得到待发送数据。控制单元与数据接收单元连接，用于对数据接收单元进行控制，且接收数据接收单元发送的待发送数据，控制单元根据待发送数据生成响应数据并保存到存储器。
本发明提供一种可见光通信器件的制备方法，制备方法包括如下步骤：
步骤S1，提供一衬底。
步骤S2，在衬底的一侧形成分立的堆叠结构。
可以采用同质外延的方式在衬底上形成堆叠结构，即在衬底的一侧依次沉积缓冲层、N型层、发光量子阱层和P型层，并采用第一刻蚀工艺对形成的结构进行刻蚀形成分立的堆叠结构。具体地，第一刻蚀工艺可以为干法刻蚀工艺，刻蚀至暴露出衬底为止。
进一步地，本发明对缓冲层、N型层、发光量子阱层和P型层各层沉积的工艺方式、温度和压力等工艺条件没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的沉积的工艺方式、温度和压力。具体地，缓冲层的沉积温度优选为900～1050℃，例如可以是900℃、920℃、930℃、950℃、960℃、990℃、1000℃、1010℃、1020℃、1030℃、1040℃或1050℃等；缓冲层的沉积压力优选为120～150mbar，例如可以是120mbar、125mbar、130mbar、135mbar、140mbar、145mbar或150mbar等；采用上述温度和压力来形成缓冲层，有助于缓解应力和减少位错密度。
进一步地，制备堆叠结构还包括：使用掩模版对堆叠结构进行刻蚀，暴露出N型层上待制作N型电极的区域，并在该区域制作N型电极，且在P型层上制作P型电极。
作为本具体实施方式的示例，使用掩模版对堆叠结构进行刻蚀使用本领域中常用的刻蚀工艺，例如，等离子体刻蚀工艺。
作为本具体实施方式的示例，使用掩膜版在暴露的N型层和P型层上分别形成N型电极和P型电极。掩膜版为具有狭长开口的掩膜版结构，狭长开口对应的位置为N型电极和P型电极对应的位置，掩膜版上方具有可以拆卸的挡板，挡板位于相邻两个微发光元件之间的间隙所在的位置，确保使用该掩模版沉积电极时只在堆叠结构对应的位置形成N型电极和P型电极，而不在间隙处有电极，这样能够保证每一个微发光元件单独控制，避免相互串联干扰的情况。
步骤S3，在微发光元件的上方制作内散热件，并将内散热件与外散热件相连。
内散热件与微发光元件相接触，内散热件用于将微发光元件产生的热量传输至外散热件。
具体地，将具有堆叠结构的衬底翻转，在衬底的另一侧(即远离缓冲层的一侧)制作内散热件。
进一步地，在微发光元件的上方制作内散热件，包括：在外散热件与微发光元件之间的间隔处设置支撑件；在支撑件与微发光元件上制作内散热件；去除支撑件。
进一步地，在支撑件与微发光元件上制作内散热件，包括：在支撑件与微发光元件上沉积导热金属，并对导热金属进行热处理，形成内散热件。
进一步地，沉积包括溅射沉积。
进一步地，溅射沉积包括：将靶材固定在真空室的直流靶头上，将微发光元件的待沉积一侧放置在样品台上，对微发光元件的待沉积一侧进行磁控溅射，形成内散热件。
进一步地，直流靶头所在平面和样品台所在平面之间的平面角为30～50°。
进一步地，直流靶头与样品台的间距为60～80mm。
进一步地，磁控溅射中真空度为1×10-4～6×10-4Pa。
进一步地，磁控溅射中样品台的旋转速度为3～5r/min。
进一步地，磁控溅射中样品台的温度设定为140～250℃。
进一步地，磁控溅射中溅射功率为50～70W，例如可以是50W、52W、53W、55W、57W、58W、60W、62W、65W、68W或70W等。
进一步地，磁控溅射中总溅射时间为1～3h，例如可以是1h、1.2h、1.3h、1.5h、1.8h、2.0h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.8h或3.0h等。
进一步地，直流靶头包括固定铝靶材的第一直流靶头和固定铜靶材的第二直流靶头。
进一步地，磁控溅射还包括：在第一时间段内向第一直流靶头通入电流，以溅射铝靶材；在第二时间段内逐步减小向第一直流靶头通入的电流且逐步增大向第二直流靶头通入的电流，以溅射铝靶材与铜靶材，直至第一直流靶头的电流降为设定值，设定值可以为0或接近0的数值；在第三时间段内向第二直流靶头通入电流，以溅射铜靶材。
进一步地，第一时间段内的结束时间为开始溅射后的3～10min。
进一步地，第二时间段内的结束时间为开始溅射后的5～20min。
进一步地，第二时间段内第一直流靶头的电流减小速率为10～20A/min。
进一步地，第二时间段内第二直流靶头的电流增大速率为8～25A/min。
进一步地，热处理的温度为600～640℃。
进一步地，热处理的时间为10～30min。
进一步地，微发光元件包括衬底以及设置在衬底远离内散热件一侧的堆叠结构，堆叠结构包括N型层、P型层、N型电极以及P型电极；制作发光单元包括：使用掩模版对堆叠结构进行选择性刻蚀，暴露出N型层；在暴露的N型层上制作N型电极，且在P型层上制作P型电极。
进一步地，内散热件包括与N型电极的位置相对应的第一散热条，第一散热条的制作包括：使用掩模版在衬底上与N型电极相对应的位置沉积导热金属并进行热处理，得到第一散热条；和/或，内散热件包括与P型电极的位置相对应的第二散热条，第一散热条的制作包括：使用掩模版在衬底上与P型电极相对应的位置沉积导热金属并进行热处理，得到第二散热条。
进一步地，掩模版设置有连续的狭长开口；在沉积导热金属之前，先将掩膜版上的挡板去除，露出狭长开口，在狭长开口内沉积导热金属，从而使得导热金属形成为间隔开的长条状，位置与N型电极和P型电极所处的位置相对应，因此，不会对微发光元件发出的光进行遮挡。
步骤S4，将驱动基板与微发光元件进行键合。
将驱动基板上的焊盘电极与微发光元件的N型电极和P型电极进行键合。具体地，焊盘电极对应N型电极的一侧突出于驱动基板的表面，与对应在微发光元件的台阶处的N型电极相对应，便于进行电极的键合电连接。
步骤S5，对键合后的驱动基板和微发光元件进行封装。
制作封装结构包括：先使用密封堤坝对微发光元件的四周进行密封，再在密封堤坝圈住的内部空间填充密封胶(即在微发光元件的表面和周边)，然后在密封胶和密封堤坝的上部设置密封基板，对整个发光单元进行密封固定。或者，先使用密封堤坝对微发光元件的四周进行密封，再在密封堤坝的上部设置密封基板，然后在密封基板与驱动基板之间填充密封胶，实现密封。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例提供一种提高散热的可见光通信器件，参见图1，该可见光通信器件包括：发光单元11、驱动单元12、封装结构以及内散热件4。
发光单元11包括至少两个微发光元件(图中未标识)，该微发光元件包括衬底111以及设置在衬底111远离内散热件4一侧的堆叠结构112；堆叠结构112包括依次堆叠的缓冲层1121、N型层1122、发光量子阱层1123和P型层1124；N型层1122远离缓冲层1121的一侧设置有N型电极113；P型层1124远离发光量子阱层1123的一侧设置有P型电极114。
驱动单元12包括驱动基板121、设置在驱动基板121上的驱动电极122、焊盘电极123以及位于驱动基板121内部的驱动电路(未图示)，驱动电极122与外部的驱动电源进行电连接，焊盘电极123与微发光元件的电极进行电连接，对微发光元件提供电信号。
在一实施方式中，封装结构包括密封堤坝115、密封胶116与密封基板117。密封堤坝115设置在驱动基板121上且围绕在全部微发光元件的四周外侧，将全部微发光元件封装在内。密封基板117设置在密封堤坝115上方，密封基板117、密封堤坝115和驱动基板121形成密封空间，将微发光元件封装在密封空间内；密封胶116填充满密封空间的空隙。密封基板117为透明密封基板，该透明密封基板可以为玻璃。
内散热件4设置在微发光元件上方并与微发光元件接触，内散热件4部分设置于封装结构的内部，且内散热件4穿过封装结构并与外散热件5相连接，外散热件5设置于封装结构的外部，内散热件4用于将微发光元件产生的热量传输至外散热件5。
内散热件4包括相互连接的散热延伸部41与散热主体部42，散热主体部42设置在封装结构的内部且与微发光元件接触，散热延伸部41穿过封装结构并与外散热件5相连接。
在一实施方式中，内散热件4包括与N型电极113的位置相对应的第一散热条，第一散热条沿竖直方向的中心线与N型电极113沿竖直方向的中心线叠合；第一散热条在水平方向的长度与N型电极113在水平方向的长度相同；内散热件4包括与P型电极114的位置相对应的第二散热条，第二散热条沿竖直方向的中心线与P型电极114沿竖直方向的中心线叠合；第二散热条在水平方向的长度与P型电极114在水平方向的长度相同。可以理解地，第一散热条与第二散热条均包括散热延伸部41与散热主体部42。
散热延伸部41与散热主体部42一体成型；内散热件4的材质包括铝与铜；内散热件4自微发光元件的表面向外依次分为三个区域，分别记为第一区域、第二区域和第三区域，第一区域的材质为铝；第二区域的材质为铝含量逐渐减少铜含量逐渐增加的铝铜合金；第三区域为铜，其中铝的高度为6μm；内散热件4中铜的高度为8μm，铝铜合金的高度为1μm；内散热件4的整体高度为15μm；内散热件4的长度为4mm。
结合参见图1与图2，图2为本实施例提供的提高散热的可见光通信器件的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤S1，提供一氮化镓衬底111。
步骤S2，采用同质外延的方式在衬底111上形成堆叠结构112。
参见图3～4，图3为发光单元11的结构示意图，图4为图3中A部的放大示意图，在衬底111的一侧沉积缓冲层1121(比如：氮化镓)，并控制缓冲层1121的沉积温度为1000℃，缓冲层1121的沉积压力为130mbar；再在缓冲层1121的表面依次沉积N型层1122(比如：氮化镓)、InxGa1-xN/GaN多量子阱层(比如：x为0.30)和P型层1124(比如：氮化镓)；然后采用第一刻蚀工艺(比如：干法刻蚀工艺)刻蚀到暴露出衬底111为止，从而形成多个分立的堆叠结构112。
然后，在堆叠结构112上设置掩模版，并使用等离子体刻蚀工艺对堆叠结构112进行选择性刻蚀，暴露出N型层1122，参见图5。在暴露的N型层1122上制作N型电极113，且在P型层1124上制作P型电极114，参见图6。
进一步地，掩膜版3的结构如图7所示，掩膜版3为具有狭长开口31的结构，狭长开口31对应的位置为N型电极113和P型电极114对应的位置，掩膜版3上方具有可以拆卸的挡板32，挡板32的位置与相邻两行微发光元件之间的间隙所在的位置对应。
步骤S3，在微发光元件的上方制作内散热件4，并将内散热件4与外散热件5相连。
将微发光元件翻转使衬底111朝上，将外散热件5放置在微发光元件的外部一侧，在外散热件5与微发光元件之间的间隔处设置支撑件6，参见图8，使用掩模版在衬底111、支撑件6和外散热件5上溅射沉积导热金属并620℃热处理20min，形成与外散热件5相连接的内散热件4，去除支撑件6。具体地，参见图9～10，内散热件4包括与N型电极113的位置相对应的第一散热条以及与P型电极114的位置相对应的第二散热条，第一散热条沿竖直方向的中心线与N型电极113沿竖直方向的中心线叠合，第一散热条在水平方向的长度与N型电极113在水平方向的长度相同，第二散热条沿竖直方向的中心线与P型电极114沿竖直方向的中心线叠合，第二散热条在水平方向的长度与P型电极114在水平方向的长度相同。第一散热条和第二散热条均包括一体成型的散热延伸部41与散热主体部42。
进一步地，参见图7，先将掩膜版3上的挡板32去除，使用掩膜版3沉积导热金属，导热金属形成为间隔开的长条状，位置与N型电极113和P型电极114所处的位置相对应，因此，不会对发出的光进行遮挡。
溅射沉积步骤包括：将铝靶材和铜靶材分别固定在真空室中的直流靶头上，分别记为第一直流靶头和第二直流靶头，将衬底111的待沉积一侧放置在样品台上，调整第一直流靶头和第二直流靶头与样品台的角度均为40°，第一直流靶头和第二直流靶头与样品台的间距均为70mm，真空度为4×10-4Pa，样品台的旋转速度为4r/min，样品台的温度为160℃，溅射功率为60W。磁控溅射中在第一时间段内向第一直流靶头通入电流，以溅射铝靶材；在第二时间段内逐步减小向第一直流靶头通入的电流且逐步增大向第二直流靶头通入的电流，以溅射铝靶材与铜靶材，直至第一直流靶头的电流降为0；在第三时间段内向第二直流靶头通入电流，以溅射铜靶材；第一时间段的结束时间为开始溅射后的3.5min，第二时间段的结束时间为开始溅射后的18min，第二时间段内第一直流靶头的电流降低速率为15A/min，第二时间段内第二直流靶头的电流增大速率为10A/min，总溅射时间为2.5h，形成内散热件4。
步骤S4，将驱动基板121与与微发光元件进行键合。
参见图11，将驱动基板121上的焊盘电极123与微发光元件上的N型电极113和P型电极114进行键合。
步骤S5，对键合后的驱动基板121和微发光元件进行封装。
制作封装结构包括：先使用密封堤坝115对微发光元件的四周进行密封，再在密封堤坝115圈住的内部空间填充密封胶116(即在微发光元件的表面和周边)，然后在密封胶116和密封堤坝115的上部设置密封基板117，对整个发光单元进行密封固定，使内散热件4的散热主体部42设置于封装结构的内部，且内散热件4的散热延伸部41穿过封装结构并与外散热件5相连接，外散热件5设置于封装结构的外部，封装后的结构参见图12。
本实施例提供的可见光通信器件包括与设置于封装结构外部的外散热件5相连的内散热件4，通过内散热件4与外散热件5的配合，能够及时的将微发光元件产生的热量转移至外部，提高了散热效果。而且，密封胶116覆盖住内散热件4的内接部，能避免外部环境对微发光元件的污染。此外，内散热件4的材质为铝和铜，其与衬底111和外散件相接的材质为铝，铝能够与氮化镓衬底111形成类似于合金的材料，增加了内散热件4与衬底111的粘附性；逐渐将铝材质过渡为铜材质，一方面过渡部分铝和铜能形成合金，铝铜材料中间没有界面，从而避免了铝和铜难以相接的情况，不会存在界面导热不均匀的状况，另一方面，由于铜的导热系数更大，能够更好地提高传热效果。另外，第一散热条和第二散热条不会遮挡微发光元件发出的光，能够在提高散热的同时起到不影响发光强度的效果。
实施例2
本实施例提供一种提高散热的可见光通信器件，该可见光通信器件包括：发光单元、驱动单元、封装结构以及内散热件。
发光单元包括至少两个微发光元件。微发光元件包括衬底以及设置在衬底远离内散热件一侧的堆叠结构；堆叠结构包括依次堆叠的缓冲层、N型层、发光量子阱层和P型层；N型层远离缓冲层的一侧设置有N型电极；P型层远离发光量子阱层的一侧设置有P型电极。
驱动单元包括驱动基板、设置在驱动基板上的驱动电极、焊盘电极以及位于驱动基板内部的驱动电路(未图示)，驱动电极与外部的驱动电源进行电连接，焊盘电极与微发光元件的电极进行电连接，对微发光元件提供电信号。
在一实施方式中，封装结构包括密封堤坝、密封胶与密封基板。密封堤坝设置在驱动基板上且围绕在全部微发光元件的四周外侧，将全部微发光元件封装在内。密封基板设置在密封堤坝上方，密封基板、密封堤坝和驱动基板形成密封空间，将微发光元件封装在密封空间内；密封胶填充满密封空间的空隙。密封基板为透明密封基板，该透明密封基板可以为玻璃。
内散热件设置在微发光元件上方并与微发光元件接触，内散热件部分设置于封装结构的内部，且内散热件穿过封装结构并与外散热件相连接，外散热件设置于封装结构的外部，内散热件用于将微发光元件产生的热量传输至外散热件。
内散热件包括相互连接的散热延伸部与散热主体部，散热主体部设置在封装结构的内部且与微发光元件接触，散热延伸部穿过封装结构并与外散热件相连接。
在一实施方式中，内散热件包括与N型电极的位置相对应的第一散热条，第一散热条沿竖直方向的中心线与N型电极沿竖直方向的中心线叠合；第一散热条在水平方向的长度与N型电极在水平方向的长度相同；内散热件包括与P型电极的位置相对应的第二散热条，第二散热条沿竖直方向的中心线与P型电极沿竖直方向的中心线叠合；第二散热条在水平方向的长度与P型电极在水平方向的长度相同。可以理解地，第一散热条与第二散热条均包括散热延伸部41与散热主体部42。
散热延伸部与散热主体部一体成型；内散热件的材质包括铝与铜；内散热件自微发光元件的表面向外依次分为三个区域，分别记为第一区域、第二区域和第三区域，第一区域的材质为铝；第二区域的材质为铝含量逐渐减少铜含量逐渐增加的铝铜合金；第三区域为铜，其中铝的高度为1.8μm；内散热件中铜的高度为2.2μm，铝铜合金的高度为1μm；内散热件的整体高度为5μm；内散热件的长度为0.5mm。
本实施例提供的提高散热的可见光通信器件的制备方法包括如下步骤：
步骤S1，提供一氮化镓衬底。
步骤S2，采用同质外延的方式在衬底上形成堆叠结构。
在衬底的一侧沉积缓冲层(比如：氮化镓)，并控制缓冲层的沉积温度为900℃，缓冲层的沉积压力为150mbar；再在缓冲层的表面依次沉积N型层(比如：氮化镓)、InxGa1-xN/GaN多量子阱层(比如：x为0.15)和P型层(比如：氮化镓)；然后采用第一刻蚀工艺(比如：干法刻蚀工艺)刻蚀到暴露出衬底为止，从而形成多个分立的堆叠结构。
然后，在堆叠结构上设置掩模版，并使用等离子体刻蚀工艺对堆叠结构进行选择性刻蚀，暴露出N型层。在暴露的N型层上制作N型电极，且在P型层上制作P型电极。
进一步地，掩膜版为具有狭长开口的结构，狭长开口对应的位置为N型电极和P型电极对应的位置，掩膜版上方具有可以拆卸的挡板，挡板的位置与相邻两行微发光元件之间的间隙所在的位置对应。
步骤S3，在微发光元件的上方制作内散热件，并将内散热件与外散热件相连。
将微发光元件翻转使衬底朝上，将外散热件放置在微发光元件的外部一侧，在外散热件与微发光元件之间的间隔处设置支撑件，使用掩模版在衬底、支撑件和外散热件上溅射沉积导热金属并640℃热处理10min，形成与外散热件相连接的内散热件。内散热件包括与N型电极的位置相对应的第一散热条以及与P型电极的位置相对应的第二散热条，第一散热条和第二散热条均包括一体成型的散热延伸部与散热主体部。
进一步地，先将掩膜版上的挡板去除，使用掩膜版沉积导热金属，导热金属形成为间隔开的长条状，位置与N型电极和P型电极所处的位置相对应，因此，不会对发出的光进行遮挡。
溅射沉积步骤包括：将铝靶材和铜靶材分别固定在真空室中的直流靶头上，分别记为第一直流靶头和第二直流靶头，将衬底的待沉积一侧放置在样品台上，调整第一直流靶头和第二直流靶头与样品台的角度均为50°，第一直流靶头和第二直流靶头与样品台的间距均为60mm，真空度为6×10-4Pa，样品台的旋转速度为5r/min，样品台的温度为250℃，溅射功率为70W。磁控溅射中在第一时间段内向第一直流靶头通入电流，以溅射铝靶材；在第二时间段内逐步减小向第一直流靶头通入的电流且逐步增大向第二直流靶头通入的电流，以溅射铝靶材与铜靶材，直至第一直流靶头的电流降为0；在第三时间段内向第二直流靶头通入电流，以溅射铜靶材；第一时间段的结束时间为开始溅射后的10min，第二时间段的结束时间为开始溅射后的20min，第二时间段内第一直流靶头的电流降低速率为10A/min，第二时间段内第二直流靶头的电流增大速率为8A/min，总溅射时间为3h，形成内散热件。
步骤S4，将驱动基板上的焊盘电极与微发光元件上的N型电极和P型电极进行键合。
步骤S5，对键合后的驱动基板和微发光元件进行封装。
制作封装结构包括：先使用密封堤坝对微发光元件的四周进行密封，再在密封堤坝圈住的内部空间填充密封胶(即在微发光元件的表面和周边)，然后在密封胶和密封堤坝的上部设置密封基板，对整个发光单元进行密封固定，使内散热件的散热主体部设置于封装结构的内部，且内散热件的散热延伸部穿过封装结构并与外散热件相连接，外散热件设置于封装结构的外部。
本实施例提供的可见光通信器件包括与设置于封装结构外部的外散热件相连的内散热件，通过内散热件与外散热件的配合，能够及时的将微发光元件产生的热量转移至外部，提高了散热效果。而且，密封胶覆盖住内散热件的内接部，能避免外部环境对微发光元件的污染。此外，内散热件的材质为铝和铜，其与衬底和外散件相接的材质为铝，铝能够与氮化镓衬底形成类似于合金的材料，增加了内散热件与衬底的粘附性；逐渐将铝材质过渡为铜材质，一方面过渡部分铝和铜能形成合金，铝铜材料中间没有界面，从而避免了铝和铜难以相接的情况，不会存在界面导热不均匀的状况，另一方面，由于铜的导热系数更大，能够更好地提高传热效果。另外，第一散热条和第二散热条不会遮挡微发光元件发出的光，能够在提高散热的同时起到不影响发光强度的效果。
实施例3
本实施例提供一种提高散热的可见光通信器件，该可见光通信器件包括：
该可见光通信器件包括：发光单元、驱动单元、封装结构以及内散热件。
发光单元包括至少两个微发光元件。微发光元件包括衬底以及设置在衬底远离内散热件一侧的堆叠结构；堆叠结构包括依次堆叠的缓冲层、N型层、发光量子阱层和P型层；N型层远离缓冲层的一侧设置有N型电极；P型层远离发光量子阱层的一侧设置有P型电极。
驱动单元包括驱动基板、设置在驱动基板上的驱动电极、焊盘电极以及位于驱动基板内部的驱动电路(未图示)，驱动电极与外部的驱动电源进行电连接，焊盘电极与微发光元件的电极进行电连接，对微发光元件提供电信号。
在一实施方式中，封装结构包括密封堤坝、密封胶与密封基板。密封堤坝设置在驱动基板上且围绕在全部微发光元件的四周外侧，将全部微发光元件封装在内。密封基板设置在密封堤坝上方，密封基板、密封堤坝和驱动基板形成密封空间，将微发光元件封装在密封空间内；密封胶填充满密封空间的空隙。密封基板为透明密封基板，该透明密封基板可以为玻璃。
内散热件设置在微发光元件上方并与微发光元件接触，内散热件部分设置于封装结构的内部，且内散热件穿过封装结构并与外散热件相连接，外散热件设置于封装结构的外部，内散热件用于将微发光元件产生的热量传输至外散热件。
内散热件包括相互连接的散热延伸部与散热主体部，散热主体部设置在封装结构的内部且与微发光元件接触，散热延伸部穿过封装结构并与外散热件相连接。
在一实施方式中，内散热件包括与N型电极的位置相对应的第一散热条，第一散热条沿竖直方向的中心线与N型电极沿竖直方向的中心线叠合；第一散热条在水平方向的长度与N型电极在水平方向的长度相同；内散热件包括与P型电极的位置相对应的第二散热条，第二散热条沿竖直方向的中心线与P型电极沿竖直方向的中心线叠合；第二散热条在水平方向的长度与P型电极在水平方向的长度相同。可以理解地，第一散热条与第二散热条均包括散热延伸部41与散热主体部42。
散热延伸部与散热主体部一体成型；内散热件的材质包括铝与铜；内散热件自微发光元件的表面向外依次分为三个区域，分别记为第一区域、第二区域和第三区域，第一区域的材质为铝；第二区域的材质为铝含量逐渐减少铜含量逐渐增加的铝铜合金；第三区域为铜，其中铝的高度为7μm；内散热件中铜的高度为12μm，铝铜合金的高度为1.2μm；内散热件的整体高度为20.2μm；内散热件的长度为5mm。
本实施例提供的提高散热的可见光通信器件的制备方法包括如下步骤：
步骤S1，提供一氮化镓衬底。
步骤S2，采用同质外延的方式在衬底上形成堆叠结构。
在衬底的一侧沉积缓冲层(比如：氮化镓)，并控制缓冲层的沉积温度为1050℃，缓冲层的沉积压力为120mbar；再在缓冲层的表面依次沉积N型层(比如：氮化镓)、InxGa1-xN/GaN多量子阱层(比如：x为0.40)和P型层(比如：氮化镓)；然后采用第一刻蚀工艺(比如：干法刻蚀工艺)刻蚀到暴露出衬底为止，从而形成多个分立的堆叠结构。
然后，在堆叠结构上设置掩模版，并使用等离子体刻蚀工艺对堆叠结构进行选择性刻蚀，暴露出N型层。在暴露的N型层上制作N型电极，且在P型层上制作P型电极。
进一步地，掩膜版为具有狭长开口的结构，狭长开口对应的位置为N型电极和P型电极对应的位置，掩膜版上方具有可以拆卸的挡板，挡板的位置与相邻两行微发光元件之间的间隙所在的位置对应。
步骤S3，在微发光元件的上方制作内散热件，并将内散热件与外散热件相连。
将微发光元件翻转使衬底朝上，将外散热件放置在微发光元件的外部一侧，在外散热件与微发光元件之间的间隔处设置支撑件，使用掩模版在衬底、支撑件和外散热件上溅射沉积导热金属并600℃热处理30min，形成与外散热件相连接的内散热件。内散热件包括与N型电极的位置相对应的第一散热条以及与P型电极的位置相对应的第二散热条，第一散热条和第二散热条均包括一体成型的散热延伸部与散热主体部。
进一步地，先将掩膜版上的挡板去除，使用掩膜版沉积导热金属，导热金属形成为间隔开的长条状，位置与N型电极和P型电极所处的位置相对应，因此，不会对发出的光进行遮挡。
溅射沉积步骤包括：将铝靶材和铜靶材分别固定在真空室中的直流靶头上，分别记为第一直流靶头和第二直流靶头，将衬底的待沉积一侧放置在样品台上，调整第一直流靶头和第二直流靶头与样品台的角度均为30°，第一直流靶头和第二直流靶头与样品台的间距均为80mm，真空度为1×10-4Pa，样品台的旋转速度为3r/min，样品台的温度为140℃，溅射功率为50W。磁控溅射中在第一时间段内向第一直流靶头通入电流，以溅射铝靶材；在第二时间段内逐步减小向第一直流靶头通入的电流且逐步增大向第二直流靶头通入的电流，以溅射铝靶材与铜靶材，直至第一直流靶头的电流降为0；在第三时间段内向第二直流靶头通入电流，以溅射铜靶材；第一时间段的结束时间为开始溅射后的3min，第二时间段的结束时间为开始溅射后的20min，第二时间段内第一直流靶头的电流降低速率为20A/min，第二时间段内第二直流靶头的电流增大速率为25A/min，总溅射时间为1h，形成内散热件。
步骤S4，将驱动基板上的焊盘电极与微发光元件上的N型电极和P型电极进行键合。
步骤S5，对键合后的驱动基板和微发光元件进行封装。
制作封装结构包括：先使用密封堤坝对微发光元件的四周进行密封，再在密封堤坝圈住的内部空间填充密封胶(即在微发光元件的表面和周边)，然后在密封胶和密封堤坝的上部设置密封基板，对整个发光单元进行密封固定，使内散热件的散热主体部设置于封装结构的内部，且内散热件的散热延伸部穿过封装结构并与外散热件相连接，外散热件设置于封装结构的外部。
本实施例提供的可见光通信器件包括与设置于封装结构外部的外散热件相连的内散热件，通过内散热件与外散热件的配合，能够及时的将微发光元件产生的热量转移至外部，提高了散热效果。而且，密封胶覆盖住内散热件的内接部，能避免外部环境对微发光元件的污染。此外，内散热件的材质为铝和铜，其与衬底和外散件相接的材质为铝，铝能够与氮化镓衬底形成类似于合金的材料，增加了内散热件与衬底的粘附性；逐渐将铝材质过渡为铜材质，一方面过渡部分铝和铜能形成合金，铝铜材料中间没有界面，从而避免了铝和铜难以相接的情况，不会存在界面导热不均匀的状况，另一方面，由于铜的导热系数更大，能够更好地提高传热效果。另外，第一散热条和第二散热条不会遮挡微发光元件发出的光，能够在提高散热的同时起到不影响发光强度的效果。
实施例4
本实施例提供一种提高散热的可见光通信器件，该可见光通信器件除制备方法的步骤S3中仅采用铜靶材进行溅射，不采用铝靶材和铜靶材共同溅射外，即得到的第一散热条和第二散热条的材质均为铜，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
与实施例1相比，本实施例中导热金属的材质全部为铜，尽管铜本身具有比铝更高的导热系数，但铜与氮化镓材料的衬底的相容性较差，在使用过程中容易与衬底剥离，产生间隙，衬底与内散热件之间间隙的传热系数较低，其导热效果明显比实施例1差，在其他条件均相同的情况下，实施例1中微发光元件的散热效果明显优于实施例4中的微发光元件。
实施例5
本实施例提供一种提高散热的可见光通信器件，该可见光通信器件除制备方法的步骤S3中仅采用铝靶材进行溅射，不采用铝靶材和铜靶材共同溅射外，即得到的第一散热条和第二散热条的材质均为铝，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
与实施例1相比，本实施例中导热金属的材质全部为铝，尽管铝与氮化镓衬底的相容性较好，但铝的导热系数比铜低，实施例1中内散热件的平均导热系数为375W/(m·K)，实施例5内散热件的平均导热系数仅为240W/(m·K)。
实施例6
本实施例提供一种提高散热的可见光通信器件，该可见光通信器件除制备方法的步骤S3中第一阶段的结束时间为开始溅射后的15min，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例6中铝靶材的溅射时间较实施例1过长，导致实施例6中内散热件的平均导热系数下降，这是因为整体散热件的铝含量占据较大比例，铜金属较少，整体的导热系数降低。
实施例7
本实施例提供一种提高散热的可见光通信器件，该可见光通信器件除制备方法的步骤S3中第一阶段的结束时间为开始溅射后的1.5min，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例7中铝金属溅射的时间较实施例1过短，导致实施例7中铝膜较薄，经热处理后难以与衬底形成粘附效果佳的合金，使用过程中易发生翘曲，导致整体内散热件的实际散热效果比实施例1低，仅为实施例1中的10～20％。
综合实施例1和实施例6～7可以看出，本发明通过将第一阶段的结束时间控制在较佳的范围，能够更好地控制内散热件的结构，达到更好地导热效果。
实施例8
本实施例提供一种提高散热的可见光通信器件，该可见光通信器件除制备方法的步骤S3中第二阶段的结束时间为开始溅射后的4.5min，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例8中第二阶段即铝和铜共同溅射的时间过短，导致内散热件中存在界面，导热存在不均匀性，使导热性能反而有所下降，整体内散热件的平均导热系数仅为220W/(m·K)，这是因为在铝和铜之间存在界面，界面处的导热性能较差，导热系数会相较于单一的材料(如铝)减弱。
实施例9
本实施例提供一种提高散热的可见光通信器件，该可见光通信器件除制备方法的步骤S3中热处理的温度为550℃外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
本实施例中热处理温度较低，在热处理后铝与衬底难以形成合金，导致容易出现翘曲，整体内散热件的平均导热效率反而下降；而且由于铝与铜难以形成合金，导致内散热件内部存在界面，存在传热不均匀的问题。
实施例10
本实施例提供一种提高散热的可见光通信器件，该可见光通信器件除制备方法的步骤S3中热处理的温度为680℃外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
本实施例中热处理温度较高，超过了铝的熔点660℃，导致在热处理过程中出现铝的熔化形成液态的铝，液态的铝在器件表面容易形成分散的液珠，在降温时，液珠会形成一个个小的导电型凸起结构，表面不平坦且容易造成短路。
实施例11
本实施例提供一种提高散热的可见光通信器件，该可见光通信器件除第一散热条在水平方向的长度比N型电极在水平方向的长度长，第二散热条在水平方向的长度比P型电极在水平方向的长度长外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
本实施例与实施例1相比，第一散热条和第二散热条会遮挡背面发出的光，发光强度将较实施例1明显下降。
实施例12
本实施例提供一种提高散热的可见光通信器件，该可见光通信器件除第一散热条沿竖直方向的中心线与N型电极沿竖直方向的中心线平行但不叠合，第二散热条沿竖直方向的中心线与P型电极沿竖直方向的中心线平行但不叠合外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
本实施例与实施例1相比，第一散热条和第二散热条会遮挡背面发出的光，发光强度将较实施例1明显下降。
实施例13
本实施例提供一种可见光通信系统，参见图13，可见光通信系统包括可见光通信发光部1和可见光通信部2。
可见光通信发光部1包括数据发送单元13和实施例1中的可见光通信器件。
数据发送单元13与微发光元件连接，实现信号传送。具体地，数据发送单元13与网络连接(未图示)，网络作为信息发送源的服务器，网络提供的信息传输至数据发送单元13，生成发送用数据；可见光通信器件中的微发光元件发出可见光，可见光经发送用数据调制，即发送出叠加了发送用数据的可见光。
可见光通信部2包括光接收单元21、光传感器22、数据接收单元23和控制单元24。
光接收单元21包括透镜组，该透镜组用于对从可见光发光单元11发出的可见光进行受光和聚焦；光传感器22具有光电变换单元(图中未示出)，该光电变换单元设置于透镜组的出射光路上，光电变换单元用于将透镜组输出的可见光变换为电信号，光传感器22将电信号输出到数据接收单元23；数据接收单元23对电信号进行解调，得到待发送数据。控制单元24与数据接收单元23连接，用于对数据接收单元23进行控制，且接收数据接收单元23发送的待发送数据，控制单元24根据待发送数据生成响应数据并保存到存储器。
本实施例提供的可见光通信系统具有优秀的散热效果，且能够适配较高的数据传输速率，比如6.5Gbps以上，实现光通信的需求，应用前景广阔。
实施例14
本实施例提供一种可见光通信系统，可见光通信系统包括可见光通信发光部和可见光通信部。
可见光通信发光部1包括数据发送单元13和实施例2中的可见光通信器件。
数据发送单元与微发光元件连接，实现信号传送。具体地，数据发送单元与网络连接(未图示)，网络作为信息发送源的服务器，网络提供的信息传输至数据发送单元，生成发送用数据；可见光通信器件中的微发光元件发出可见光，可见光经发送用数据调制，即发送出叠加了发送用数据的可见光。
可见光通信部包括光接收单元、光传感器、数据接收单元和控制单元。
光接收单元包括透镜组，该透镜组用于对从可见光发光单元发出的可见光进行受光和聚焦；光传感器具有光电变换单元(图中未示出)，该光电变换单元设置于透镜组的出射光路上，光电变换单元用于将透镜组输出的可见光变换为电信号，光传感器将电信号输出到数据接收单元；数据接收单元对电信号进行解调，得到待发送数据。控制单元与数据接收单元连接，用于对数据接收单元进行控制，且接收数据接收单元发送的待发送数据，控制单元根据待发送数据生成响应数据并保存到存储器。
本实施例提供的可见光通信系统具有优秀的散热效果，且能够适配较高的数据传输速率，比如6.5Gbps以上，实现光通信的需求，应用前景广阔。
对比例1
本对比例提供一种可见光通信器件，该可见光通信器件除未设置内散热件外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
本对比例与实施例1相比，散热效果显著降低，具体地，对比例1中数据传输速率受限于热量传导，而实施例1应用在可见光通信系统后的数据传输速率可达到自由空间中每秒超过6.5Gbps，在其他条件相同情况下，其数据传输速率可达对比例1的1.2倍。
对比例2
本对比例提供一种可见光通信器件，该可见光通信器件除内散热件仅含内接部，未设置能够与外散热件相连接的外伸部外，其余均与实施例1相同，在此不再赘述。
本对比例与实施例1相比，散热效果显著降低，具体地，对比例2中数据传输速率受限于热量传导，在其他条件相同情况下，其数据传输速率可达对比例2的1.1倍。
综上，本发明提供的可见光通信器件及可见光通信系统具有优良的散热效果，可有效适配传输速率为6.5Gbps以上的可见光通信系统。
申请人声明，以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种可见光通信器件，其特征在于，所述可见光通信器件包括：
发光单元，所述发光单元包括至少两个微发光元件；
用于封装所述微发光元件的封装结构；
设置在所述微发光元件上方并与所述微发光元件接触的内散热件；所述内散热件部分设置于所述封装结构的内部，且所述内散热件穿过所述封装结构并与外散热件相连接，所述外散热件设置于所述封装结构的外部，所述内散热件用于将所述微发光元件产生的热量传输至所述外散热件。
2.根据权利要求1所述的可见光通信器件，其特征在于，所述内散热件包括相互连接的散热主体部与散热延伸部，所述散热主体部设置在所述封装结构的内部且与所述微发光元件接触，所述散热延伸部穿过所述封装结构并与所述外散热件相连接。
3.根据权利要求1所述的可见光通信器件，其特征在于，所述微发光元件包括衬底以及设置在所述衬底远离所述内散热件一侧的堆叠结构；所述堆叠结构包括依次堆叠的缓冲层、N型层、发光量子阱层和P型层；
优选地，所述N型层远离所述缓冲层的一侧设置有N型电极；所述P型层远离所述发光量子阱层的一侧设置有P型电极；
优选地，所述内散热件包括与所述N型电极的位置相对应的第一散热条，所述第一散热条沿竖直方向的中心线与所述N型电极沿竖直方向的中心线叠合；
优选地，所述第一散热条在水平方向的长度与所述N型电极在水平方向的长度相同；
优选地，所述内散热件包括与所述P型电极的位置相对应的第二散热条，所述第二散热条沿竖直方向的中心线与所述P型电极沿竖直方向的中心线叠合；
优选地，所述第二散热条在水平方向的长度与所述P型电极在水平方向的长度相同。
4.根据权利要求1所述的可见光通信器件，其特征在于，所述可见光通信器件还包括驱动基板；所述发光单元设置在所述驱动基板上；
优选地，所述封装结构包括密封堤坝；所述密封堤坝设置在所述驱动基板上且围绕在全部所述微发光元件的四周外侧，将全部所述微发光元件封装在内；
优选地，所述封装结构还包括密封胶和密封基板，所述密封基板设置在所述密封堤坝上方，所述密封基板、所述密封堤坝和所述驱动基板形成密封空间，将所述微发光元件封装在所述密封空间内；所述密封胶填充满所述密封空间的空隙。
5.根据权利要求2所述的可见光通信器件，其特征在于，所述散热延伸部与散热主体部一体成型；
优选地，所述内散热件的材质包括铝与铜；
优选地，所述内散热件中铝的高度占所述内散热件的高度的十分之一到二分之一；
优选地，所述内散热件中铜的高度占所述内散热件的高度的三分之一到四分之三；
优选地，所述内散热件的整体高度为5～20μm；
优选地，所述内散热件的长度为0.1～5mm。
6.一种可见光通信器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
制作发光单元，所述发光单元包括至少两个微发光元件；
在所述微发光元件的上方制作内散热件，并将所述内散热件与外散热件相连；其中，所述内散热件与所述微发光元件相接触，所述内散热件用于将所述微发光元件产生的热量传输至所述外散热件；
在所述微发光元件与所述外散热件之间制作封装结构，以将所述内散热件部分封装在所述封装结构的内部且将所述外散热件设置在所述封装结构的外部。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述在所述微发光元件的上方制作内散热件，包括：
在所述外散热件与所述微发光元件之间的间隔处设置支撑件；
在所述支撑件与所述微发光元件上制作所述内散热件；
去除所述支撑件；
优选地，所述在所述支撑件与所述微发光元件上制作所述内散热件，包括：在所述支撑件与所述微发光元件上沉积导热金属，并对所述导热金属进行热处理，形成所述内散热件；
优选地，所述沉积包括溅射沉积；
优选地，所述溅射沉积包括：将靶材固定在真空室的直流靶头上，将所述微发光元件的待沉积一侧放置在样品台上，对所述微发光元件的待沉积一侧进行磁控溅射，形成所述内散热件；
优选地，所述直流靶头所在平面和所述样品台所在平面之间的平面角为30～50°；
优选地，所述直流靶头与所述样品台的间距为60～80mm；
优选地，所述磁控溅射中真空度为1×10-4～6×10-4Pa；
优选地，所述磁控溅射中样品台的旋转速度为3～5r/min；
优选地，所述磁控溅射中样品台的温度设定为140～250℃。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述直流靶头包括固定铝靶材的第一直流靶头和固定铜靶材的第二直流靶头；
优选地，所述磁控溅射还包括：
在第一时间段内向所述第一直流靶头通入电流，以溅射铝靶材；
在第二时间段内逐步减小向所述第一直流靶头通入的电流且逐步增大向所述第二直流靶头通入的电流，以溅射铝靶材与铜靶材，直至所述第一直流靶头的电流降为设定值；
在第三时间段内向所述第二直流靶头通入电流，以溅射铜靶材；
优选地，所述第一时间段内的结束时间为开始溅射后的3～10min；
优选地，所述第二时间段内的结束时间为开始溅射后的5～20min；
优选地，所述第二时间段内第一直流靶头的电流减小速率为10～20A/min；
优选地，所述第二时间段内第二直流靶头的电流增大速率为8～25A/min；
优选地，所述热处理的温度为600～640℃；
优选地，所述热处理的时间为10～30min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微发光元件包括衬底以及设置在所述衬底远离所述内散热件一侧的堆叠结构，所述堆叠结构包括N型层、P型层、N型电极以及P型电极；所述制作发光单元包括：使用掩模版对所述堆叠结构进行选择性刻蚀，暴露出N型层；在暴露的N型层上制作N型电极，且在P型层上制作P型电极；
优选地，所述内散热件包括与所述N型电极的位置相对应的第一散热条，所述第一散热条的制作包括：使用所述掩模版在所述衬底上与所述N型电极相对应的位置沉积导热金属并进行热处理，得到所述第一散热条；和/或
所述内散热件包括与所述P型电极的位置相对应的第二散热条，所述第一散热条的制作包括：使用所述掩模版在所述衬底上与所述P型电极相对应的位置沉积导热金属并进行热处理，得到所述第二散热条。
10.一种可见光通信系统，其特征在于，所述可见光通信系统包括可见光通信发光单元，所述可见光通信发光单元包括权利要求1～5中任一项所述的可见光通信器件，或者采用权利要求6～9中任一项所述的可见光通信器件的制备方法制作得到的可见光通信器件。
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