一种兼顾照明和通信的led器件
技术领域
1.本发明涉及光电和通信技术领域，尤指一种兼顾照明和通信的led器件。
背景技术：2.随着人们对资源和环境要求越来越高，相比于传统的白炽灯或者荧光灯，以gan为代表的ⅲ－
ⅴ
族氮化物半导体，由于其具有较小环境污染，较高的发光效率，较小的生产成本以及较高的响应频率，受到了越来越多的关注。传统的led产能已经逐渐饱和，现在迫切需要一种新的技术使led芯片有新的发展应用方向。
3.近些年基于led的可见光通信技术得到了重点关注，可见光通信技术是一种以可见光为传输媒质的新兴通信技术，其和无线通信频谱资源趋于枯竭的情况不同，可见光波段频谱资源丰富，包含数百太赫兹尚未有效利用的空白频谱。
4.但是目前的白光led的电子空穴复合率还不够高，具有实际照明意义的led芯片带宽还比较窄，限制了在通信领域的应用。如果采用微米级led器件虽然可以提升响应频率，但存在照明效果较差的问题。
技术实现要素：5.为解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种兼顾照明和通信的led器件，其既能满足日常照明的光效要求，又能提升响应频率，拓展带宽，能在大功率照明led的基础上实现通信。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种兼顾照明和通信的led器件，包含：基板，所述基板设有照明区域和通信区域，所述通信区域位于所述照明区域的外周，所述照明区域设有若干线性led芯片，所述线性led芯片用于照明；所述通信区域设有若干打孔led芯片，所述打孔led芯片用于通信。
8.进一步，所述线性led芯片包括衬底以及在所述衬底自下而上依次生长的非掺杂的gan缓冲层、n－gan层、ingan多量子阱有源区、p－algan电子阻挡层、p－gan型层、ito透明导电层和p电极。
9.进一步，所述打孔led芯片包括衬底以及在所述衬底自下而上依次生长的非掺杂的gan缓冲层、n－gan层、mqws有源发光区、p－gan型层以及ito透明导电层。
10.进一步，所述若干线性led芯片为3n个线性led芯片，所述3n个线性led芯片之间串联连接，n≥1且n为整数。
11.进一步，所述若干打孔led芯片为8+n个打孔led芯片，所述8+n个打孔led芯片之间串联连接，n≥1且n为整数。
12.进一步，所述线性led芯片的长度为200－2000um，所述打孔led芯片的长度为10－200um。
13.进一步，所述衬底的材料为蓝宝石、硅、碳化硅或氮化镓中的一种。
14.进一步，所述n－gan层的外侧面设有n电极。
15.进一步，所述n电极的材料为ti、al、ni或au中的一种或几种组成的合金。
16.进一步，所述线性led芯片的数量为6个，所述打孔led芯片的数量为10个。
17.本发明的有益效果在于：
18.本发明采用所述线性led芯片可以提升光输出功率，满足日常照明使用，能得到大功率led。而采用所述打孔led芯片通过减小芯粒面积，也是减小芯粒体积，用于提升器件响应时间和响应速率。
附图说明
19.图1是本发明照明和通信用的led的分布图。
20.图2是所述线性led芯片的区域分布图。
21.图3是所述线性led芯片的截面图。
22.图4是所述打孔led芯片的区域分布图。
23.图5是所述打孔led芯片的截面图。
24.图6是本发明所述一种兼顾照明和通信的led器件带有连接桥的平面图。
具体实施方式
25.本发明关于一种兼顾照明和通信的led器件，包含：基板，所述基板设有照明区域和通信区域，所述通信区域位于所述照明区域的外周，所述照明区域设有若干线性led芯片，所述线性led芯片用于照明；所述通信区域设有若干打孔led芯片，所述打孔led芯片用于通信；在上述方案中，本发明采用所述线性led芯片可以提升光输出功率，满足日常照明使用，能得到大功率led。而采用所述打孔led芯片通过减小芯粒面积，也是减小芯粒体积，用于提升器件响应时间和响应速率。
26.在本方案中，所述线性led芯片包括衬底以及在所述衬底自下而上依次生长的非掺杂的gan缓冲层、n－gan层、ingan多量子阱有源区、p－algan电子阻挡层、p－gan型层、ito透明导电层和p电极。进一步地，所述打孔led芯片包括衬底以及在所述衬底自下而上依次生长的非掺杂的gan缓冲层、n－gan层、mqws有源发光区、p－gan型层以及ito透明导电层。进一步地，所述若干线性led芯片为3n个线性led芯片，所述3n个线性led芯片之间串联连接，n≥1且n为整数。进一步地，所述若干打孔led芯片为8+n个打孔led芯片，所述8+n个打孔led芯片之间串联连接，n≥1且n为整数。进一步地，所述线性led芯片的长度为200－2000um，所述打孔led芯片的长度为10－200um。进一步地，所述衬底的材料为蓝宝石、硅、碳化硅或氮化镓中的一种。进一步地，所述n－gan层的外侧面设有n电极。进一步地，所述n电极的材料为ti、al、ni或au中的一种或几种组成的合金。进一步地，所述线性led芯片的数量为6个，所述打孔led芯片的数量为10个。本方案具体为：所述兼顾照明和通信的led器件包含：衬底、非掺杂的gan缓冲层、n－gan层，ingan多量子阱有源区、p－algan电子阻挡层、p－gan型层，电流扩展层以及电极。采用照明和通信分区控制的双功能led器件。照明的部分由若干个线性led芯片控制，当外加电压时，产生非平衡载流子，电子和空穴分别从n型和p型注入到器件，并在有源区复合，以光子的形式复合发光，达到正常照明的作用。通信的部分由若干个打孔的芯片控制，通过打孔的工艺，可以提升电流分布的均匀性，使得注入有源区的载流子分布均匀，提升了载流子辐射复合，提升了器件的响应频率，并且通过控制器件的
尺寸，减小的面积和体积，拓展了通信芯片的带宽。作为优选地，所述led器件有2个功能区，分别控制器件的照明和通信，在直流驱动工作情况下，照明部分的线性led芯片亮度不变，负责在亮度一致的情况下照明，通信部分的打孔led芯片在信号的调制下，进行快速明暗频率的变化，将电信号转换成光信号，实现通信功能。作为优选地，照明和通信用的led集成芯片均采用串联阵列设计，照明区域设置在整个器件的中间，用3n个线性led芯片出串联，通信的部分在照明区域的四周，用8+n个打孔led芯片串联，负责亮暗频率变化的通信信号传输。作为优选地，所述线性led芯片采用大尺寸led设计，尺寸在200－2000um的矩形设计，保证可以在大电流获得更高的光输出功率。所述打孔led芯片采用小尺寸设计，尺寸在10－200um的micro－led打孔芯片，减小的发光面积，可以提升led的带宽。
27.作为优选地，刻蚀出的独立芯粒的n－gan层结构，串联电路金属桥下用sio2做电性隔绝，以保证不同的小芯粒之间不会相互影响。作为优选地，衬底为蓝宝石、si、sic、或者及其外延后的gan衬底等。作为优选地，整个led器件在一个外延片上制备，外延片尺寸可以为2－8英寸。利用mocvd技术在衬底上生长led结构，自下而上分别为衬底、非掺杂的gan缓冲层、n－gan层、ingan/gan多量子阱层、algan电流阻挡层和p－gan层和ito透明导电层。作为优选地，用icp干法刻蚀技术，刻蚀出n－mesa。其中，所述线性led芯片的p－gan顶部是ito线性透明电极，采用线性结构，尽可能的减少光线的阻挡，n－mesa刻蚀到n－gan层，采用环型设计，外围绕一圈n型电极，n电极采用ti/al/ni/au中的一种或几种组成的合金。
28.所述线性led芯片的制备方法为：刻蚀出n－mesa台面，刻蚀完n－gan，台面为1500um的矩形台面。然后用sio2作为桥，刻蚀出串联的连接线路，作为绝缘用。p－mesa的也是1500um的矩形，与n－mesa是尺寸一致的矩形芯片，然后用tialniau合金作为电极以及连接桥的金属。
29.所述打孔led芯片的制备方法为：先刻出n－mesa台面，刻蚀完n－gan，台面为100um的矩形台面，同时用直径5um的孔刻下去，刻到n－gan层，作为链接n－gan的n电极，为了避免n电极与有源区膜层接触漏电，在在孔的内测用sio2隔绝。
30.作为优选地，以上的tialniau沉积后在500℃的n2气氛中快速退火2min。
31.本发明采用所述线性led芯片可以提升光输出功率，满足日常照明使用，能得到大功率led。而采用所述打孔led芯片通过减小芯粒面积，也是减小芯粒体积，用于提升器件响应时间和响应速率。而使用串联方式将芯粒串在一起，虽然增加了整个器件的电阻r，但是同样比例缩小了整个器件的电容c，相比单颗线形芯片，其整体响应频率变化不大。
32.请参阅图1－6所示，本发明所述一种兼顾照明和通信的led器件的一个实施例为：
33.图1是本发明照明和通信用的led的分布图。中间6颗为大尺寸的线性led芯片，用于照明；外围10颗为小尺寸的打孔led芯片，用于通信。整个led阵列封装在一个基板上。附图标号1是所述打孔led芯片的n－mesa面(附图标号1上无n－gan膜层)，附图标号2是打到n－gan层的孔的n电极，附图标号3是p电极。附图标号4是所述线性led芯片的n－mesa台面(附图标号4上无n－gan膜层)，附图标号5是外围n电极，附图标号6是n－gan层，附图标号7是p－gan层，附图标号8是p电极，附图标号9是基板。
34.图2是所述线性led芯片的区域分布图，图3是所述线性led芯片的截面图。在图2和图3中，采用6个所述线性led芯片设置在器件的中心，能够使光能有效地从器件中心发出，保证了出光效率。其实施过程如下：
35.在衬底14上用mocvd以此沉积掺杂的n－gan膜层15、n－gan层16、mqws有源发光区17、p－gan层18。然后生长一层ito透明导电层19，然后用icp干刻蚀出n－mesa台面4，将刻蚀到未掺杂的gan缓冲层，台面为1500um的矩形台面。沉积一层pad金属，选用tialniau合金，沉积后在500℃的n2气氛中快速退火2min以达到良好的欧姆接触。然后光刻出环形的n电极5和环形的p电极8。然后用pecvd生长一层sio2作为链接桥的绝缘层10，然后沉积一层金属，光刻出连接桥的部分，选用tialniau合金，形成桥11，这样将6个线性led芯片有机的串联在一起。在形成桥的同时，形成n和p的焊接点14和15，以及连接芯片和焊接点的连接桥13和12。
36.根据图4和图5所示，通信用led区域分布图和截面图。8+n个led打孔小尺寸芯片串联，负责亮暗频率变化的通信信号传输，典型地，本案例中采用10个。在器件的四周，串联设计当时能有效得提升传输距离，增加传输中的信道质量，并且减小的面积能有效得提升带宽。实施过程如下：
37.在衬底14上用mocvd以此沉积掺杂的n－gan层15、n－gan层16、mqws有源发光区17、p－gan层18。然后生长一层ito透明导电层19，以上过程与照明用的所述线性led芯片共用一片外延片。然后用icp干刻蚀出n－mesa台面1，一直刻蚀到未掺杂的gan缓冲层，台面为100um的矩形台面。同时采用一张mask，打孔至n－gan区域，因icp刻蚀过程中的负载效应，此过程可以与n－mesa同时刻蚀。沉积一层pad金属，选用tialniau合金，沉积后在500℃的n2气氛中快速退火2min以达到良好的欧姆接触。然后光刻出矩形的p电极3。然后用pecvd生长一层sio2作为链接桥的绝缘层20，光刻出连接桥和打孔的区域24，24用作绝缘隔绝，然后沉积一层金属，光刻出连接桥的部分11和n型孔内电极2，选用tialniau合金，这样将10个所述打孔led芯片有机的串联在一起。在形成桥的同时，形成n和p的焊接点24和22，以及连接芯片和焊接点的连接桥25和23。
38.总体工艺实现过程如下：
39.1.第一张mask同时刻蚀照明和通信芯片的n－mesa台面和通信芯片的孔；
40.2.第二张mask刻出通信芯片的p－mesa台阶；
41.3.第三张mask实现照明芯片的n电极和p电极，以及通信芯片的p电极；
42.4.第四张mask实现所有sio2桥，焊点垫片以及打孔侧壁的成形；
43.5.第五张mask实现通信芯片n电极、所有连接桥以及焊点金属的制备。
44.图6是本发明所述一种兼顾照明和通信的led器件带有连接桥的平面图。整个器件包含由照明和通信不同功能的芯片组成，采用一片外延片集成工艺，分别控制器件的照明和通信，在直流驱动工作情况下，照明部分的led线性芯片亮度不变，负责在亮度一致的情况下照明，通信部分的打孔的led芯片在信号的调制下，进行快速明暗频率的变化，将电信号转换成光信号，实现通信功能。
45.以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
技术特征：1.一种兼顾照明和通信的led器件，其特征在于，包含：基板，所述基板设有照明区域和通信区域，所述通信区域位于所述照明区域的外周，所述照明区域设有若干线性led芯片，所述线性led芯片用于照明；所述通信区域设有若干打孔led芯片，所述打孔led芯片用于通信。2.根据权利要求1所述的一种兼顾照明和通信的led器件，其特征在于：所述线性led芯片包括衬底以及在所述衬底自下而上依次生长的非掺杂的gan缓冲层、n－gan层、ingan多量子阱有源区、p－algan电子阻挡层、p－gan型层、ito透明导电层和p电极。3.根据权利要求1所述的一种兼顾照明和通信的led器件，其特征在于：所述打孔led芯片包括衬底以及在所述衬底自下而上依次生长的非掺杂的gan缓冲层、n－gan层、mqws有源发光区、p－gan型层以及ito透明导电层。4.根据权利要求1所述的一种兼顾照明和通信的led器件，其特征在于：所述若干线性led芯片为3n个线性led芯片，所述3n个线性led芯片之间串联连接，n≥1且n为整数。5.根据权利要求1所述的一种兼顾照明和通信的led器件，其特征在于：所述若干打孔led芯片为8+n个打孔led芯片，所述8+n个打孔led芯片之间串联连接，n≥1且n为整数。6.根据权利要求1所述的一种兼顾照明和通信的led器件，其特征在于：所述线性led芯片的长度为200－2000um，所述打孔led芯片的长度为10－200um。7.根据权利要求2或3所述的一种兼顾照明和通信的led器件，其特征在于：所述衬底的材料为蓝宝石、硅、碳化硅或氮化镓中的一种。8.根据权利要求2或3所述的一种兼顾照明和通信的led器件，其特征在于：所述n－gan层的外侧面设有n电极。9.根据权利要求8所述的一种兼顾照明和通信的led器件，其特征在于：所述n电极的材料为ti、al、ni或au中的一种或几种组成的合金。10.根据权利要求1所述的一种兼顾照明和通信的led器件，其特征在于：所述线性led芯片的数量为6个，所述打孔led芯片的数量为10个。
技术总结本发明涉及光电和通信技术领域，尤指一种兼顾照明和通信的LED器件，包含：基板，所述基板设有照明区域和通信区域，所述通信区域位于所述照明区域的外周，所述照明区域设有若干线性LED芯片，所述线性LED芯片用于照明；所述通信区域设有若干打孔LED芯片，所述打孔LED芯片用于通信。本发明采用所述线性LED芯片可以提升光输出功率，满足日常照明使用，能得到大功率LED。而采用所述打孔LED芯片通过减小芯粒面积，也是减小芯粒体积，用于提升器件响应时间和响应速率。和响应速率。和响应速率。
技术研发人员：李国强
受保护的技术使用者：河源市众拓光电科技有限公司
技术研发日：2022.06.30
技术公布日：2022/11/1
