[發明專利]同步上下行光照明通信單芯片器件及制造方法和應用

有效

• 申請號: 202110261170.5
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113178504B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 蔡端俊;郭斌;劉國振;蔡葉杭;陳小紅
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L31/102
• 分類號: H01L31/102;H01L31/18;H01L33/00;H04B10/116
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;陳淑嫻

1.一種同步上下行光照明通信單芯片器件，其特征在于：芯片的結構由下至上包括襯底，調制摻雜半導體復合層、超薄介質層和透明導電層，還包括設于調制摻雜半導體復合層上的第一電極和設于透明導電層上的第二電極；其中所述調制摻雜半導體復合層包括n或p型摻雜的GaN層以及設于所述n或p型摻雜的GaN層之上的多量子阱；

所述同步上下行光照明通信單芯片器件具有白光發射通道和不可見光探測通道；所述白光發射通道具有照明及下行信號調制發射功能；所述不可見光探測通道具有上行調整信號接收功能；所述不可見光探測通道與白光發射通道可在單芯片上進行光的獨立平行傳輸，并且實現上行電信號的接收和下行電信號的發送；其中所述上行電信號為不可見光探測通道接收到的帶有可被識別的第一特征的電信號，所述下行電信號為白光發射通道中發送的帶有可被識別的第二特征的電信號。

2.根據權利要求1所述的同步上下行光照明通信單芯片器件，其特征在于：所述上行調整信號是不可見光信號，所述上行調整信號接收功能是所述芯片將所述不可見光信號轉化為所述上行電信號。

3.根據權利要求1所述的同步上下行光照明通信單芯片器件，其特征在于：所述下行信號調制發射功能是所述芯片在外加電壓驅動下將所述下行電信號轉換為可見光信號。

4.根據權利要求1所述的同步上下行光照明通信單芯片器件，其特征在于：所述第一特征和第二特征是不同的信號頻率。

5.根據權利要求1所述的同步上下行光照明通信單芯片器件，其特征在于：所述超薄介質層為寬禁帶半導體材料，包括二維過渡金屬硫化物、二維六方氮化硼、SiO₂、AlN中的一種或多種，厚度為3～20nm。

6.根據權利要求1所述的同步上下行光照明通信單芯片器件，其特征在于：所述透明導電層包括銅納米線、銀納米線、合金納米線、石墨烯、摻銦氧化錫、碳納米管中的一種或多種。

7.根據權利要求1所述的同步上下行光照明通信單芯片器件，其特征在于：所述多量子阱為GaN/InGaN多量子阱，InGaN阱層的中間1/3厚度區域進行了n摻雜或p摻雜。

8.一種權利要求1～7任一項所述的同步上下行光照明通信單芯片器件的制造方法，其特征在于包括以下步驟：

1)于襯底上生長調制摻雜半導體復合層；

2)鋪設與調制摻雜半導體復合層接觸的第一電極，形成歐姆接觸；

3)于調制摻雜半導體復合層上形成超薄介質層；

4)于超薄介質層上形成透明導電層；

5)于透明導電層上形成第二電極。

9.根據權利要求8所述的制造方法，其特征在于：步驟1)中，所述調制摻雜半導體復合層的生長工藝包括以下步驟：于襯底上生長一層p型GaN層或n型GaN層；然后生長若干個周期的GaN/InGaN多量子阱，其中各InGaN阱層的中間1/3生長時間進行n摻雜或p摻雜；生長結束后進行退火。

10.一種全雙工可見光無線通信系統，其特征在于：包括無線通信模塊、存儲單元、數據處理單元以及權利要求1～7任一項所述的同步上下行光照明通信單芯片器件；

無線通信模塊用于發送帶有第一特征的數據至數據處理單元，數據處理單元用于對帶有第一特征的數據進行調制編碼并轉化為下行電信號，所述同步上下行光照明通信單芯片器件用于將所述下行電信號轉化為帶有第一特征的可見光信號；所述同步上下行光照明通信單芯片器件用于將攜帶第二特征的不可見光信號轉化為上行電信號，數據處理單元用于對上行電信號進行解碼分析得到帶有第二特征的數據并通過無線通信模塊發送。