[发明专利]一种可见光通信的微型阵列光收发集成芯片及制作方法

说明书

本发明涉及一种可见光通信的微型阵列光收发集成芯片及制作方法，包括具有信号处理电路的支撑衬底、位于支撑衬底上的微型收发单元阵列以及互联电极，其中每个微型收发单元包括由下至上的衬底金属键合层、多个堆叠外延层上下表面覆盖有透明导电层的多层夹心结构、介质填充层、滤光层、光接收台面和钝化层，互联电极包括连接第一外延层的p型面与光发射模块像素的阵列电极、连接第二外延层p型面与光发射模块像素的贯穿阵列电极、贯穿微型收发单元阵列分别与每个外延层n型面连接的共用电极。使用本发明技术方案可制造出实用化、高速、多场景应用的可见光通信终端产品。

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，特别是一种可见光通信的微型阵列光收发集成芯片及制作方法。

背景技术

作为一种利用波长在380nm到790nm范围内的可见光进行数据通信的无线光传输技术——可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术，由于其具有拓宽频谱资源、绿色节能、高速可移动接入等特点，能满足海量数据对通信系统的高速率和低时延所提出的更高要求，在以实现“万物感知、万物互联、万物互联”为特征的智能时代，正受到世界各国广泛关注。可见光通信最大的优势是高速，目前已有的VLC实验可以实现每秒十几吉比特的传输速率，这一优势使得可见光通信成为未来智能时代B5G/6G超高速泛在光联网中一种不可或缺的无线通信方式。

与传统无线通信系统类似，可见光通信系统结构由三个部分组成，包括可见光信号发射端、可见光信号传输信道和可见光信号接收端。LED是目前广泛应用的低成本光发射器件，然而，现有商用LED的3dB调制带宽小于100MHz，限制了其高速传输。单个发光像素尺寸小于100μm的Micro-LED，由于其几何电容和注入电流的有源区要比传统的大面积LED小很多，因此具有更高的调制带宽。相关研究报道的实验结果表明，Micro-LED带宽可达655MHz，在低于前向纠错(FEC)阈值(7％)的情况下，实现了7.91Gbp/s的传输速率。在可见光通信光接收端所使用的光电探测器多为PIN型光电二极管和雪崩光电二极管(APD)。其中，PIN型光电二极管由于技术相对成熟、成本低、适用场合限制较少等特点，是目前可见光通信系统的主要选择。与LED作为光发射器件相似，光电探测器其结电容与接收光功率之间也存在相互折中的问题，制约了探测器的响应速度，通过设计光电探测器阵列能够平衡这一问题。有文献报道的实验结果表明，以GaN/InGaN多量子阱结构的光电探测器微米阵列(Micro-PD)为接收器件，其带宽可达300MHz，在1m的传输距离下采用QAM-OFDM信号调制技术的可见光通信实验，实现了7.4Gbp/s的传输速率。

未来随着可见光通信技术的进一步成熟，用于可见光通信的多功能集成芯片将成为可见光通信技术发展的重要趋势。当前可见光通信通用集成芯片的研究主要集中在LED发射阵列芯片、集成PIN接收阵列芯片和编码与信号处理芯片。然而，随着可见光通信终端小型化、低功耗、低成本的应用需求，将光发射功能与光接收功能集成在同一芯片上的光收发芯片，可预见将成为突破可见光通信技术实用化瓶颈的重要切入点。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种可见光通信的微型阵列光收发集成芯片及制作方法，集成了光发射功能与光接收功能的全双工通信芯片结构，利用其微型阵列结构各个像素单元独立可控的特点，在提高器件调制带宽和功能集成度的基础上，该结构芯片结合可见光波分复用与MIMO技术等多维复用方式将成倍提升可见光通信系统传输容量。

本发明采用如下技术方案：