[發(fā)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(yīng)用

有效

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• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113178504B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡端俊;郭斌;劉國振;蔡葉杭;陳小紅
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 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(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;陳淑嫻

本發(fā)明公開了一種同步上下行光照明通信單芯片器件及制造方法，芯片的結(jié)構(gòu)包括襯底、調(diào)制摻雜半導(dǎo)體復(fù)合層、超薄介質(zhì)層、透明導(dǎo)電層、第一電極和第二電極；其中調(diào)制摻雜半導(dǎo)體復(fù)合層包括摻雜GaN層以及設(shè)于摻雜GaN層之上的GaN/InGaN多量子阱；該器件具有白光發(fā)射通道和不可見光探測通道，白光發(fā)射通道具有照明及下行信號調(diào)制發(fā)射功能，不可見光探測通道具有上行調(diào)整信號接收功能，兩通道可在單芯片上進(jìn)行光的獨(dú)立平行傳輸，并且實(shí)現(xiàn)上行電信號的接收和下行電信號的發(fā)送。本發(fā)明還提供了一種全雙工可見光無線通信系統(tǒng)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了Li?Fi功能的單芯片集成，具有巨大的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，半導(dǎo)體光電器件及其制造領(lǐng)域，特別涉及在發(fā)光的同時能夠進(jìn)行光探測的，具有高調(diào)制帶寬的單芯片上下行同步通信光電器件及其制造方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類已經(jīng)進(jìn)入信息化時代，無處不在的通信網(wǎng)絡(luò)以及通信終端使得信息交互越來越便捷高效，人們對于信息化社會的需求也越來越多。在這其中，人們對于數(shù)據(jù)獲取量即數(shù)據(jù)流量獲取的速率的要求尤為明顯。目前主流的通信應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)開始從第四代移動通信技術(shù)(4th generation mobile networks，4G)發(fā)展至第五代移動通信技術(shù)(5th generation mobile networks，5G)，5G通信服務(wù)與4G通信服務(wù)相比最大的優(yōu)點(diǎn)是它能提供1000倍于4G通信服務(wù)的系統(tǒng)容量，這使得其能實(shí)現(xiàn)高達(dá)10Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，極大的提高了電子設(shè)備獲取數(shù)據(jù)的速率，滿足人們對于數(shù)據(jù)流量的需求，同時也使得IoT(Internet of things)技術(shù)的普及成為現(xiàn)實(shí)。但是目前由于通信頻譜即射頻頻譜(Radio Frequency，RF)的資源有限，傳統(tǒng)的無線電通信已經(jīng)無法滿足5G以及IoT技術(shù)對于通信的需求，人們急需要一種新的通信技術(shù)與傳統(tǒng)無線通信結(jié)合，一起將新時代信息技術(shù)推向一個新的應(yīng)用的高度。

無線光通信技術(shù)利用部分紫外、可見光與紅外波段的光以及相關(guān)的信號調(diào)制技術(shù)，將信息通過光的形式進(jìn)行傳遞，由于其波段范圍處于空白頻譜，不用經(jīng)過授權(quán)就可以使用，極大的彌補(bǔ)了射頻通信中頻譜資源有限的問題，并且無線光通信擁有非常高的帶寬，安全性高，保密性好以及成本低的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計，有超過80％的無線通信的發(fā)生場所集中在室內(nèi)環(huán)境中，例如辦公室，家，飛機(jī)場，火車站和醫(yī)院等，與照明系統(tǒng)能夠結(jié)合的無線可見光通信技術(shù)逐漸成為無線光通信技術(shù)中的核心技術(shù)。利用發(fā)光波段在380nm到780nm的光來承載信息的無線光通信技術(shù)被稱為無線可見光通信(Visible-Light-Communication，VLC)，也被稱為Li-Fi(Light Fidelity)。它能夠?qū)崿F(xiàn)在室內(nèi)照明的同時進(jìn)行高速通信的功能，相比于傳統(tǒng)的電通信它具有以下幾方面的優(yōu)勢：

1.頻譜寬度大，資源豐富無需授權(quán)即可使用。相比于傳統(tǒng)的射頻通信，可見光通信的頻譜是射頻頻譜的一萬多倍，無需擔(dān)心頻譜資源短缺的問題。

2.通信節(jié)點(diǎn)安裝簡便，密度高，成本低。相比于無線局域網(wǎng)(Wireless-Fidelity,Wi-Fi)來說，其需要安裝多個無線路由器才能實(shí)現(xiàn)信號的覆蓋，而且信號覆蓋的質(zhì)量與無線路由器的數(shù)量有關(guān)，而可見光通信依靠的是燈光，只需要改造照明用LED即可實(shí)現(xiàn)通信功能，成本大大降低，且燈光的密度遠(yuǎn)高于無線電信號密度，極大的增強(qiáng)了通信的質(zhì)量。

3.無電磁輻射，極大的豐富可用場所。由于無線電通信自身所具有的電磁輻射缺點(diǎn)，許多場合例如飛機(jī)，核工業(yè)場所，醫(yī)院等都會對無線電通信有嚴(yán)格的約束，而可見光由于沒有任何電磁輻射，且安全可靠，可以適用于電磁敏感場所。

4.安全性高，信息不易泄露。由于可見光的穿透力非常的差，只要有任何阻擋物就不能進(jìn)行信號傳遞，故外界截取室內(nèi)的可見光信號非常的困難，極大的提高了通信的安全以及可靠性。