[發(fā)明專利]基于異質(zhì)鍵合的微型水下可見光通信雙工器件及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710240402.2
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN107104169B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李欣;王永進;施政;其他發(fā)明人請求不公開姓名
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H01L31/147
• 分類號: H01L31/147;H01L31/18
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務(wù)所 32241
• 代理人: 劉琦

本發(fā)明公開了一種基于異質(zhì)鍵合的微型水下可見光通信雙工器件及制備方法，實現(xiàn)載體為硅襯底氮化物晶片和N型摻雜硅晶片，所述硅襯底氮化物晶片包括頂層氮化物和位于頂層氮化物下部的硅襯底層，硅襯底層部分掏空，形成懸空部位，懸空部位上方的頂層氮化物和鎳/金電極構(gòu)成薄膜LED藍光發(fā)光器件，N型摻雜硅晶片頂層設(shè)置有適用于藍光波段的光電傳感器件，所述N型摻雜硅晶片為本征硅晶片摻雜磷元素。本發(fā)明器件設(shè)備體積小，能夠?qū)崿F(xiàn)水下高性能高速雙向可見光通信。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于異質(zhì)鍵合的微型水下可見光通信雙工器件及制備方法，屬于信息材料與器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

可見光通信是基于LED器件發(fā)展起來的無線光通信技術(shù)，利用其輸出光功率和驅(qū)動電流的高速響應(yīng)特性，以可見光作為信息載體，實現(xiàn)無線通信。可見光能夠提供超寬光譜頻段，在海洋勘探信息等水下環(huán)境中具有較小的信道衰減。可見光的光譜范圍為380nm-760nm，在400nm-500nm的藍光波段下水對可見光的吸收達到極小值，即在此波段下的水下可見光通信的信道衰減達到極小值。

氮化物材料化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，禁帶寬度大，并且具有優(yōu)良的光電特性和機械特性。目前，高質(zhì)量的硅襯底氮化物晶片也日益成熟，已經(jīng)逐步走向市場。基于硅襯底氮化物晶片LED藍光發(fā)光器件不僅具有水下信道衰減小的優(yōu)勢，并且具有較高的通信帶寬，可作為發(fā)射端應(yīng)用于高性能高速度水下可見光通信

硅基光電傳感器件在藍光波段具有較高的靈敏度和響應(yīng)頻率，適用于水下可見光通信的接收端。利用異質(zhì)鍵合技術(shù)將藍光波段的接收端和發(fā)射端進行同軸鍵合獲得可以同時發(fā)射和接收信號的雙工終端，是實現(xiàn)高性能高速水下可見光通信的關(guān)鍵器件。本發(fā)明提出一種基于異質(zhì)鍵合技術(shù)的微型化藍光LED水下可見光通信同軸雙工終端器件，降低水下可見光通信的信道衰減，為發(fā)展面向高性能高速水下可見光通信的微型化集成雙工器件奠定基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)水下高性能高速雙向可見光通信的基于異質(zhì)鍵合的微型水下可見光通信雙工器件及制備方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的基于異質(zhì)鍵合的微型水下可見光通信雙工器件，包括作為載體的硅襯底氮化物晶片、設(shè)置在所述硅襯底氮化物晶片下方的N型摻雜硅晶片，所述硅襯底氮化物晶片包括硅襯底層和位于所述硅襯底層上方的頂層氮化物，所述硅襯底層部分掏空，形成懸空部位，所述頂層氮化物上設(shè)置有位于所述懸空部位上方的鎳/金電極，所述懸空部位上方的頂層氮化物和鎳/金電極構(gòu)成薄膜LED藍光發(fā)光器件，所述N型摻雜硅晶片頂層設(shè)置有適用于藍光波段的光電傳感器件，所述光電傳感器件位于懸空部位下方，包括P型摻雜和鋁電極，所述P型摻雜與N型摻雜硅形成硅基PN結(jié)，薄膜LED藍光發(fā)光器件與光電傳感器件上下正對并通過異質(zhì)鍵合連接。

進一步的，本發(fā)明器件中，N型摻雜硅晶片為摻雜了磷元素的本征硅晶片。

本發(fā)明器件在垂直方向上通過異質(zhì)鍵合技術(shù)集成了位于同軸的LED藍光發(fā)光器件和適用于藍光波段的光電傳感器件。透明的懸空薄膜LED藍光發(fā)光器件可以透過另一雙工終端器件發(fā)射的藍光信號，由鍵合在懸空薄膜LED藍光發(fā)光器件下方的硅基光電傳感器件接收，實現(xiàn)同時雙工可見光通信。

本發(fā)明的基于異質(zhì)鍵合的微型水下可見光通信雙工器件制備方法，包括如下步驟：

步驟(1)在硅襯底氮化物晶片的頂層氮化物上表面進行光學(xué)光刻定義LED發(fā)光區(qū)域，并進行三五族材料反應(yīng)離子刻蝕，暴露出用于制備負電極的LED層中的N型氮化物材料區(qū)域；

步驟(2)在硅襯底氮化物晶片頂層氮化物上表面進行光學(xué)光刻，定義LED器件正負電極的圖形結(jié)構(gòu)；

步驟(3)采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)在所述硅襯底氮化物晶片頂層氮化物上表面沉積二氧化硅層，在二氧化硅層表面進行光學(xué)光刻定義出光電傳感器件電極的圖形，并進行氫氟酸濕法刻蝕，將光電傳感器件電極的圖形轉(zhuǎn)移至二氧化硅層上；