本發(fā)明屬于可見(jiàn)光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高可見(jiàn)光通信led光源調(diào)制帶寬的可集成化方法。

背景技術(shù)：

可見(jiàn)光通信技術(shù)是指利用可見(jiàn)光波段的光作為信息的載體，無(wú)需有線信道的傳輸介質(zhì)，直接在空氣中傳輸光信號(hào)的通信方式?？梢?jiàn)光通信具有傳輸速率高、無(wú)電磁輻射、能耗低、頻譜豐富、保密性高等顯著特點(diǎn)，已成為短距離自由空間通信的熱點(diǎn)。

可見(jiàn)光通信光源作為通信系統(tǒng)關(guān)鍵之一，其作用是將攜帶有特定信息的電信號(hào)轉(zhuǎn)化成無(wú)電磁輻射污染的光信號(hào)。本發(fā)明所述的可見(jiàn)光通信led光源采用基于gan或gaas材料的led芯片，其電光調(diào)制原理基于多量子阱中的輻射復(fù)合效應(yīng)，即當(dāng)led上外加周期性調(diào)制信號(hào)時(shí)，注入到多量子阱的載流子濃度將發(fā)生改變，輻射復(fù)合的載流子數(shù)量隨之發(fā)生變化，出射的可見(jiàn)光強(qiáng)度隨著輻射復(fù)合的載流子數(shù)量變化而周期性變化，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)出射光的調(diào)制。

商用的led受器件本身rc時(shí)間和載流子壽命的影響，可用調(diào)制帶寬不超過(guò)40mhz。已報(bào)道的提高調(diào)制帶寬方法是在信號(hào)源與led之間添加預(yù)加重電路。該方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是使通信信號(hào)先經(jīng)過(guò)高通型濾波器，將頻率較低的信號(hào)進(jìn)行衰減，經(jīng)過(guò)放大器放大后，再通過(guò)bias-t疊加到恒定驅(qū)動(dòng)電流上傳輸給led光源，最終轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。該預(yù)加重電路通過(guò)制作pcb板級(jí)的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于從預(yù)加重電路到led包括了無(wú)源濾波模塊、放大器模塊、bias-t模塊，多個(gè)模塊級(jí)聯(lián)使得設(shè)計(jì)難度成倍提高。同時(shí)，模塊數(shù)量越多集成電路結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對(duì)pcb電路板的層數(shù)和面積的要求也越高，由此制備成本也將顯著提高。因此，以多個(gè)模塊級(jí)聯(lián)為特點(diǎn)的預(yù)加重電路設(shè)計(jì)難度大，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜且制備成本高。

可見(jiàn)光通信led光源受本身電容特性的影響，其阻抗并非恒定，而是隨著傳輸信號(hào)的頻率升高而逐漸降低?；谠撎攸c(diǎn)，在led芯片兩端的正負(fù)電極設(shè)計(jì)并聯(lián)的均衡電路可以提高led的可用調(diào)制帶寬。該并聯(lián)均衡電路由電容與電阻構(gòu)成。電容的作用是阻擋直流信號(hào)通過(guò)，避免并聯(lián)電路產(chǎn)生直流損耗；電阻與電容串聯(lián)，其阻值與led芯片的阻抗值接近，作用是減弱輸入信號(hào)中的低頻部分，而輸入信號(hào)的高頻部分將全部傳輸?shù)絣ed，從而達(dá)到均衡效果，提高調(diào)制帶寬。由于并聯(lián)均衡電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)過(guò)程中所需的工藝數(shù)量少，亦可兼容si基集成工藝，將其與led芯片進(jìn)行集成可使設(shè)計(jì)難度和制備成本極大降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種提高可見(jiàn)光通信led光源調(diào)制帶寬的可集成化方法，該方法工藝制作簡(jiǎn)單；可兼容成熟的si基集成工藝，且不會(huì)對(duì)原有的led發(fā)光性能帶來(lái)影響；并聯(lián)均衡電路同led芯片集成后，器件面積同未集成的led器件相近；可以顯著提高可見(jiàn)光通信led光源的可用調(diào)制帶寬。

本發(fā)明提供一種提高可見(jiàn)光通信led光源調(diào)制帶寬的可集成化方法，包括如下步驟：

步驟1：在絕緣襯底上的中間制作金屬薄膜電阻；

步驟2：在金屬薄膜電阻的兩側(cè)分別制作一個(gè)平板電容的下電極板；

步驟3：在金屬薄膜電阻、下電極板以及絕緣襯底的上方沉積一層絕緣介質(zhì)層，作為平板電容的中間介質(zhì)層；

步驟4：在絕緣介質(zhì)層上的中間兩側(cè)制作led貼封所需的正電極和負(fù)電極，該正電極和負(fù)電極不相連接；

步驟5：在正電極和負(fù)電極的外側(cè)絕緣介質(zhì)層上制作平板電容的上電極板，兩個(gè)上電極板分別同正電極和負(fù)電極相連，構(gòu)成并聯(lián)均衡電路；

步驟6：將led芯片利用焊球貼封在制備好的正電極和負(fù)電極上，完成集成器件的制作。

本發(fā)明的有益效果是，該方法工藝制作簡(jiǎn)單；可兼容成熟的si基集成工藝，且不會(huì)對(duì)原有的led發(fā)光性能帶來(lái)影響；并聯(lián)均衡電路同led芯片集成后，器件面積同未集成的led器件相近；可以顯著提高可見(jiàn)光通信led光源的可用調(diào)制帶寬。

附圖說(shuō)明

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清晰明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。這里以倒裝結(jié)構(gòu)led芯片作為優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其中：

圖1是本發(fā)明的制作流程圖；

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1-圖2所示，本發(fā)明提供一種提高可見(jiàn)光通信led光源調(diào)制帶寬的可集成化方法，包括如下步驟：

步驟1：在絕緣襯底1上的中間制作金屬薄膜電阻9，所述絕緣襯底1的材料為藍(lán)寶石、硅、碳化硅、陶瓷或表面具有絕緣層的襯底，典型電阻率大于300ω·cm，厚度大于50um；所述金屬薄膜電阻9的材料為鎳、鉻、銅、金、鋁、鉑、鎢、錫或銀，或以上金屬的組合；另外，金屬薄膜電阻9的阻值是通過(guò)改變金屬薄膜9的厚度、寬度和長(zhǎng)度得到，阻值具體大小跟led芯片6的阻抗大小相關(guān)，例如計(jì)劃設(shè)計(jì)得到300mhz的調(diào)制帶寬，可優(yōu)選300mhz下led芯片6的阻抗值作為金屬薄膜電阻9的阻值。

步驟2：在金屬薄膜電阻9的兩側(cè)分別制作一個(gè)平板電容的下電極板2；兩個(gè)下電極板2，分別與金屬薄膜電阻9兩端相連，用于構(gòu)成串聯(lián)的rc電路；下電極板2與金屬薄膜電阻9的所用金屬材料可相同或不相同。

步驟3：在金屬薄膜電阻9、下電極板2以及絕緣襯底1的上方沉積一層絕緣介質(zhì)層8，作為平板電容的中間介質(zhì)層，所述絕緣介質(zhì)層8的材料為hfo2、al2o3、sio2、tio2或zro2，或以上材料的堆疊組合。

步驟4：在絕緣介質(zhì)層8上的中間兩側(cè)制作led貼封所需的正電極7和負(fù)電極4，該正電極7和負(fù)電極4不相連接；

步驟5：在正電極7和負(fù)電極4的外側(cè)絕緣介質(zhì)層8上制作平板電容的上電極板3。兩個(gè)上電極板3分別同正電極7和負(fù)電極4相連，同下電極板2、金屬薄膜電阻9和絕緣介質(zhì)層8一起構(gòu)成并聯(lián)均衡電路；正電極7、負(fù)電極4和上電極板3所用金屬為鎳、鉻、銅、金、鋁、鉑、鎢、錫或銀，或以上金屬的組合。

所述并聯(lián)均衡電路中金屬薄膜電阻9的作用是減弱輸入信號(hào)中的低頻部分，而輸入信號(hào)的高頻部分將全部傳輸?shù)絣ed芯片6，從而達(dá)到均衡效果，提高調(diào)制帶寬。

所述并聯(lián)均衡電路中上電極板3、下電極板2和絕緣介質(zhì)層8構(gòu)成電容，其作用是阻擋直流信號(hào)通過(guò)，避免并聯(lián)電路產(chǎn)生直流損耗；所述電容的容值是通過(guò)改變上、下電極板3、2的有效面積，以及所述絕緣介質(zhì)層8的厚度來(lái)得到。

步驟6：將led芯片6利用焊球5貼封在制備好的正電極7和負(fù)電極4上，完成集成器件的制作，所述led芯片6的封裝結(jié)構(gòu)是倒裝結(jié)構(gòu)、正裝結(jié)構(gòu)或垂直結(jié)構(gòu)。

值得說(shuō)明的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種提高可見(jiàn)光通信LED光源調(diào)制帶寬的可集成化方法，包括如下步驟：步驟1：在絕緣襯底上的中間制作金屬薄膜電阻；步驟2：在金屬薄膜電阻的兩側(cè)分別制作一個(gè)平板電容的下電極板；步驟3：在金屬薄膜電阻、下電極板以及絕緣襯底的上方沉積一層絕緣介質(zhì)層，作為平板電容的中間介質(zhì)層；步驟4：在絕緣介質(zhì)層上的中間兩側(cè)制作LED貼封所需的正電極和負(fù)電極，該正電極和負(fù)電極不相連接；步驟5：在正電極和負(fù)電極的外側(cè)絕緣介質(zhì)層上制作平板電容的上電極板，兩個(gè)上電極板分別同正電極和負(fù)電極相連，構(gòu)成并聯(lián)均衡電路；步驟6：將LED芯片利用焊球貼封在制備好的正電極和負(fù)電極上，完成集成器件的制作。

技術(shù)研發(fā)人員：曹海城;楊超;朱石超;林杉;趙麗霞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.18
技術(shù)公布日：2017.09.05