[发明专利]一种可见光通信的超薄高效三色PIN光电二极管阵列及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可见光通信的超薄高效三色PIN光电二极管阵列及其制备方法，所述可见光通信的超薄高效三色PIN光电二极管阵列包括芯片和集成在芯片中SiO₂层上的3×3红绿蓝三色PIN光电二极管阵列，所述红绿蓝三色PIN光电二极管阵列y轴方向依次按照绿光光电二极管、红光光电二极管、蓝光光电二极管排列，x轴方向为单色光电二极管。本发明所述的可见光通信的超薄高效三色PIN光电二极管阵列通过将三种颜色的光电二极管集成在同一芯片上，同时三色PIN光电二极管的厚度一致且很薄，本发明的结构增强了器件的集成度，减小了器件体积；提高了器件的响应带宽及量子效率。

技术领域

本发明涉及光通信器件领域，更具体地，涉及一种可见光通信的超薄高效三色PIN光电二极管阵列及其制备方法。

背景技术

可见光通信(visible light communication，VLC)可以同时兼顾照明及通信，可以有效提高能源的利用效率，满足未来通信系统的节能及绿色要求。由于VLC频谱资源丰富，可有效缓解目前无线通信频谱资源紧张的问题。而VLC的接收环节的性能是评价VLC系统优劣的主要参数之一。由于硅的灵敏度光谱范围在380nm-1100nm之间，VLC系统的可见光探测器以硅基光电二极管(photodiode，PD)为主。目前市场上常见的硅基可见光探测器的波峰在600nm左右，硅对蓝光和红光的吸收系数相差很多，所以红光探测器的厚度与蓝光探测器的厚度也相差很多，并且蓝光的量子效率很低，一般不超过80％。因此，需寻求一种集成度高，带宽高，量子效率高的光电二极管。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种可见光通信的超薄高效三色PIN光电二极管阵列，所述可见光通信的超薄高效三色PIN光电二极管阵列通过将三种颜色的光电二极管集成在同一芯片上，同时三色PIN光电二极管的厚度一致且很薄，本发明的结构增强了器件的集成度，减小了器件整体的体积；提高了器件的响应带宽与量子效率；横向具有微纳光学结构的PIN光电二极管可以有效的提高入射光照面积，因此从另一方面进一步提高了器件的量子效率。

本发明的另一目的在于提供所述可见光通信的超薄高效三色PIN光电二极管阵列的制备方法。

本发明采取的技术方案是：

一种可见光通信的超薄高效三色PIN光电二极管阵列，包括芯片和集成在芯片中SiO₂层上的3×3红绿蓝三色PIN光电二极管阵列，所述红绿蓝三色PIN光电二极管阵列y轴方向依次按照绿光光电二极管、红光光电二极管、蓝光光电二极管排列，x轴方向横向为单色光电二极管。

本发明通过y轴方向依次将3个绿光光电二极管、3个红光光电二极管、3个蓝光光电二极管按顺序排列在同一芯片上，得到了3×3红绿蓝三色PIN光电二极管阵列，这种三色PIN光电二极管阵列使得三种颜色的光电二极管集成在了同一芯片上，增强了器件的集成度，横向具有微纳光学结构的PIN光电二极管可以有效的提高器件的量子效率，超薄的三色光电二极管可以有效的提高器件的带宽。

优选地，所述单色光电二极管包括衬底硅层、位于衬底硅层上的SiO₂层、位于SiO₂层上的顶层硅层、位于顶层硅层中的p型Si、i型Si和n型Si、位于i型Si内的空气孔阵列，以及位于p型Si和n型Si上的电极。p型Si为重掺杂B的Si，n型Si为重掺杂P的Si，i型Si为轻掺杂P的本征区。

本发明在本征层i型Si内设计了分布均匀的二维孔阵列，光电二极管表面的空气与本征层内的二维孔阵列和SiO₂薄膜的折射率变化构成了类似于光纤折射率的结构，使得集成在同一芯片的红光、绿光和蓝光三色光的吸收率大大增加，从而提高了光电二极管对红绿蓝三色光的吸收率。

优选地，所述p型Si宽度为0.1μm-5μm，长度与i型Si宽度一致。

优选地，所述i型Si宽度为1μm-50μm，长度与i型Si宽度一致。