[發明專利]一種用于可見光通信的LED芯片結構

有效

• 申請號: 202110086236.1
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112909137B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 張建立;陳壽清;吳小明
• 申請（專利權）人: 南昌大學;南昌硅基半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L33/08
• 分類號: H01L33/08;H01L33/36;H01L33/38
• 代理公司: 江西省專利事務所 36100
• 代理人: 張文

本發明公開了一種用于可見光通信的LED芯片結構，通過電極線密布排列將常規尺寸的LED芯片分隔成若干個小尺寸的子區域，縮短電流注入路徑距離，使電流分布更加均勻，從而提高耐受電流密度，在保證較高光輸出功率的同時實現器件的快速調制。并且整個制造流程建立在相對成熟的常規尺寸LED芯片工藝基礎上，具有器件調制能力優異、電極線密布排列、多焊盤、制造方法簡單、光通量大、工藝成本低等優點，有利于光通信LED芯片的規模化制作，在照明與通信一體化的可見光通信領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及LED領域，尤其是涉及一種用于可見光通信的LED芯片結構。

背景技術

21世紀進入了全球信息化時代，指數型增長的流量需求對當前通信系統的數據傳輸能力與信息處理技術提出了新的考驗，亟需引入更高頻譜效率的無線通信技術來支持高速率、低延遲和大規模聯接的服務。可見光通信作為一種利用發射光源高速點滅的響應特性實現高速信息傳輸的綠色通信技術，符合高速、大容量、安全可靠的發展方向，正成為學術界和工業界的研究熱點。

通常，可見光通信系統的設計要兼顧照明和通信性能，白光發光二極管（LED）作為現有的照明設施，具有高頻、高溫、高壓、高效等特性，是理想的可見光通信光源。調制帶寬作為通信性能的重要評價指標，它描述了器件承載信號的能力。然而受限于熒光粉的響應延時，目前商用型白光LED的調制帶寬只有幾兆赫茲，遠不能滿足高速通信的需求，嚴重制約了可見光通信的發展。

拓寬LED調制帶寬是實現可見光通信系統高速通信的關鍵。常見的手段是將芯片做成小尺寸的Micro-LED，較小的有源區域意味著小電容，且kA/cm²量級的電流高密度注入可將Micro-LED的調制帶寬驅動至百兆赫茲以上。但是，單顆Micro-LED的光輸出功率低，無法滿足照明需求，如若采用Micro-LED陣列，又會增加制造成本和工藝復雜度。目前的Micro-LED制備技術尚不成熟，在轉移及襯底去除方面還存在諸多瓶頸，隨著LED器件尺寸的減小，因芯片切割導致的側壁刻蝕損傷逐漸增加，所形成的大量缺陷最終會顯著惡化器件的光電性能。因此，迫切需要一種能夠代替Micro-LED的解決方案。

發明內容

本發明的目的在于提供一種器件調制能力優異、光輸出功率高、制造工藝簡單、光通量大、電極線密布排列、多焊盤的用于可見光通信的LED芯片結構。

本發明的目的是這樣實現的：

一種用于可見光通信的LED芯片結構，該LED芯片為垂直結構，自下至上依次包括導電基板層、鍵合層、p電極、外延層、n電極，其特征在于：所述n電極由電極線及焊盤組成，電極線的密布排列將LED芯片分隔成若干個小尺寸的子區域，其中n電極的面積占LED芯片面積的比例x滿足20%≤x≤80%。

所述電極線的線寬為1μm～40μm，電極線的間距w滿足10μm≤w≤100μm。

所述焊盤的數目m滿足1≤m≤100，焊盤的形狀為圓形、方形、三角形、星形、五邊形、六邊形、菱形等平面幾何圖形。

所述n電極的形狀分布為網格狀或圓環狀。

所述外延層由下至上依次包括P型摻雜層、發光層、N型摻雜層，外延層為AlGaInN或AlGaInP基材料體系中的一種。

所述n電極為導電性能良好且與N型摻雜層能夠形成良好歐姆接觸的金屬材料，n電極的厚度為1μm～10μm。

所述n電極為Au、Al、Ti、Cr、Cu、Ag、Pt、Ni中的任意一種金屬單層或疊層結構。

所述P型摻雜層的底部與p電極形成良好的歐姆接觸，P型摻雜層的底部具有互補結構或不具有互補結構。