本發(fā)明涉及可見(jiàn)光通信領(lǐng)域，具體涉及一種具有多環(huán)p型電極和螺旋線圈的可見(jiàn)光通信器件。

背景技術(shù)：

隨著對(duì)可見(jiàn)光通信器件的深入研究，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用對(duì)該器件的性能有了更高的追求，特別是對(duì)于表面出光率和響應(yīng)速率的要求。在通信中要快速獲取信號(hào)則發(fā)送端必需快速發(fā)出信號(hào)，這就要求可見(jiàn)光通信中的LED芯片具有快速的響應(yīng)速率，即，要求LED芯片在高頻輸入信號(hào)下，輸出信號(hào)無(wú)衰減或衰減很小，這樣才能使接收端接收到該信號(hào)。只有當(dāng)LED芯片能在足夠高的輸入頻率下正常工作時(shí)，信號(hào)才能及時(shí)發(fā)出，接收端才能及時(shí)接收到信號(hào)。

現(xiàn)有的可見(jiàn)光通信LED芯片的p型電極層是使用透光率較低的材料做成的，而且是直接串聯(lián)多個(gè)LED芯粒用于通信，其表面出光效率相對(duì)較低、響應(yīng)速率相對(duì)較慢。表面出光效率相對(duì)較低的一個(gè)原因p型電極層的透光率較低，而響應(yīng)速率慢是由于LED芯片自身的勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容使得輸出信號(hào)隨著輸入信號(hào)頻率的增加而衰減，當(dāng)輸出信號(hào)衰減到3dB以下時(shí)，信號(hào)很難接收，也就是說(shuō)最初使用的可見(jiàn)光通信器件不能用于更快速的傳送信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種多環(huán)p型電極和螺旋線圈的可見(jiàn)光通信器件，采用的技術(shù)方案如下：

一種多環(huán)p型電極和螺旋線圈的可見(jiàn)光通信器件，包括若干個(gè)LED芯片串聯(lián)組成的LED芯片陣列，還包括電感線圈，所述電感線圈LED芯片陣列串聯(lián)，所述電感線圈的電感值L滿足：所述LED芯片的p型電極層用三環(huán)導(dǎo)電材料制作，由內(nèi)到外分別為金屬Al環(huán)形電極、氧化鋅環(huán)形電極和納米銀環(huán)形電極。

本發(fā)明中，設(shè)置電感線圈并使其與可見(jiàn)光通信器件的LED芯片形成串聯(lián)電路，螺旋線圈將產(chǎn)生電感，這將抵消LED芯片的部分電容，甚至使電路達(dá)到感抗性質(zhì)，當(dāng)電路的電容被部分或完全抵消或者達(dá)到感抗性質(zhì)，LED輸出信號(hào)隨著輸入信號(hào)頻率的增加衰減點(diǎn)會(huì)變大，因此其響應(yīng)速率必然加快。

同時(shí)，LED芯片的p型電極層用三環(huán)透光率較高的導(dǎo)電材料制作，由內(nèi)環(huán)到外環(huán)分別是金屬Al環(huán)形電極、氧化鋅環(huán)形電極和納米銀環(huán)形電極。Al環(huán)形電極透光，且其導(dǎo)電性好；氧化鋅環(huán)形電極具有99％的透光率，并且導(dǎo)電性能較好，納米銀顆粒狀環(huán)形電極具有比較好的導(dǎo)電性和透光率，可以提升表面出光效率。

本發(fā)明中，LED芯片的p型電極層制備方法包括：

(1)采用PECV(電子束蒸發(fā))設(shè)備蒸鍍金屬Al,利用化學(xué)刻蝕方法將其刻蝕成環(huán)形電極；

(2)采用MOCVD(金屬有機(jī)氣相淀積)設(shè)備，蒸鍍氧化鋅薄膜，利用干法或者濕法刻蝕技術(shù)，將其刻蝕成環(huán)形氧化鋅電極；

(3)采用PECVD蒸鍍或者M(jìn)OCVD技術(shù)生長(zhǎng)納米銀，使其形成網(wǎng)狀納米銀矩形電極。

作為優(yōu)選，所述Al環(huán)形電極的厚度為2～5nm。

2～5nm厚的金屬Al環(huán)形導(dǎo)電電極6具有90％的透光率。

作為優(yōu)選，所述LED芯片依次包括位于襯底保護(hù)層上的緩沖層、產(chǎn)生電子的n型層、電子阻擋層、p型層、透明導(dǎo)電電極層和p形電極層。

作為優(yōu)選，本發(fā)明包括兩個(gè)LED芯片，電感線圈的一端與一LED芯片的正極連接，該LED芯片的負(fù)極作為整個(gè)器件的負(fù)極，另一端與與另一LED芯片的負(fù)極連接，該LED芯片的正極作為整個(gè)器件的正極。

作為優(yōu)選，本發(fā)明包括12個(gè)LED芯片，12個(gè)LED芯片排列成正方形，電感線圈位于正方形中央，電感線圈一端與第一LED芯片的正極連接，另一端與第二LED芯片的負(fù)極連接，以第一LED芯片為分界點(diǎn)，第二LED芯片為最后一個(gè)芯片，12個(gè)LED芯片分成兩組，第一組內(nèi)前一個(gè)LED芯片的正極與后一個(gè)LED芯片的負(fù)極連接，第二組內(nèi)前一個(gè)芯片的負(fù)極與后一個(gè)LED芯片的正極連接，此處所述前后為按連接順序排列的前后，第一組首個(gè)LED芯片的負(fù)極作為器件的負(fù)極，第二組首個(gè)LED芯片的正極作為器件的正極。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明中，設(shè)置電感線圈并使其與可見(jiàn)光通信器件的LED芯片形成串聯(lián)電路，螺旋線圈將產(chǎn)生電感，這將抵消LED芯片的部分電容，甚至使電路達(dá)到感抗性質(zhì)，當(dāng)電路的電容被部分或完全抵消或者達(dá)到感抗性質(zhì)，LED輸出信號(hào)隨著輸入信號(hào)頻率的增加衰減點(diǎn)會(huì)變大，因此其響應(yīng)速率必然加快。同時(shí)，LED芯片的p型電極層用三環(huán)透光率較高的導(dǎo)電材料制作，提升了表面出光效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的器件的平面圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的器件的剖面圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的螺旋線圈的平面圖；

1、藍(lán)寶石襯底，2、p型GaN，3、n型GaN，4、金屬Al環(huán)形電極，5、氧化鋅環(huán)形電極，6、納米銀環(huán)形電極，7、p型GaN，8、連接線，9、電感線圈引腳，10、電感線圈引腳，11、連接線，12、整個(gè)器件的正極，13、整個(gè)器件的負(fù)極，14、填充的二氧化硅。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1：

如圖1至圖3所示，一種多環(huán)p型電極和螺旋線圈的可見(jiàn)光通信器件，包括若干個(gè)LED芯片串聯(lián)組成的LED芯片陣列，其特征在于，還包括電感線圈，所述電感線圈LED芯片陣列串聯(lián)，所述電感線圈的電感值L滿足：j是復(fù)數(shù)單位，C為電路中LED芯片陣列所帶來(lái)的電容，ω₀為電路的頻率。

所述LED芯片的p型電極層用三環(huán)導(dǎo)電材料制作，由內(nèi)到外分別為金屬Al環(huán)形，電極6、氧化鋅環(huán)形電極5和納米銀環(huán)形電極4。

本實(shí)施例中，設(shè)置電感線圈并使其與可見(jiàn)光通信器件的LED芯片形成串聯(lián)電路，螺旋線圈將產(chǎn)生電感，這將抵消LED芯片的部分電容，甚至使電路達(dá)到感抗性質(zhì)，當(dāng)電路的電容被部分或完全抵消或者達(dá)到感抗性質(zhì)，LED輸出信號(hào)隨著輸入信號(hào)頻率的增加衰減點(diǎn)會(huì)變大，因此其響應(yīng)速率必然加快。

同時(shí)，LED芯片的p型電極層用三環(huán)透光率較高的導(dǎo)電材料制作，由內(nèi)環(huán)到 外環(huán)分別是金屬Al環(huán)形電極6、氧化鋅環(huán)形電極5和納米銀環(huán)形電極4。Al環(huán)形電極6透光且其導(dǎo)電性好；氧化鋅環(huán)形電極5具有99％的透光率，并且導(dǎo)電性能較好，納米銀顆粒狀環(huán)形電極4具有比較好的導(dǎo)電性和透光率，可以提升表面出光效率。

本實(shí)施例中，LED芯片的p型電極層制備方法包括：

(1)采用PECV(電子束蒸發(fā))設(shè)備蒸鍍金屬Al,利用化學(xué)刻蝕方法將其刻蝕成環(huán)形電極；

(2)采用MOCVD(金屬有機(jī)氣相淀積)設(shè)備，蒸鍍氧化鋅薄膜，利用干法或者濕法刻蝕技術(shù)，將其刻蝕成環(huán)形氧化鋅電極；

(3)采用PECVD蒸鍍或者M(jìn)OCVD技術(shù)生長(zhǎng)納米銀，使其形成網(wǎng)狀納米銀矩形電極。

所述Al環(huán)形電極6的厚度為2～5nm。

2～5nm厚的金屬Al環(huán)形導(dǎo)電電極6具有90％的透光率。

所述LED芯片依次包括位于襯底保護(hù)層上的緩沖層、產(chǎn)生電子的n型層、電子阻擋層、p型層、透明導(dǎo)電電極層和p形電極層。

本實(shí)施例包括兩個(gè)LED芯片，電感線圈的一端10與一LED芯片的正極通過(guò)連接線11連接，該LED芯片的負(fù)極13作為整個(gè)器件的負(fù)極，另一端9與與另一LED芯片的負(fù)極3通過(guò)連接線8連接，該LED芯片的正極12作為整個(gè)器件的正極。

假設(shè)電路的輸入信號(hào)為U_m＝U₀Cos(w₀t)，當(dāng)電路沒(méi)有串聯(lián)螺旋線圈時(shí)，電路的總電流為：

電容的吸收功率為

整理得：

現(xiàn)有的可見(jiàn)光通信器件的總電容大約為100pF～300pF，工作頻率為1MHz～100MHz，得出w₀C為10^-4～10^-2數(shù)量級(jí)，另外LED導(dǎo)通時(shí),電阻R只有幾十歐，因此P_c可以近似簡(jiǎn)化為

當(dāng)頻率從1MHz變化到100MHz，jw₀C變大，P_c也變大，說(shuō)明電容吸收的功率越來(lái)越大，即，輸出信號(hào)隨頻率增大而衰減。而實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)在不串聯(lián)電感線圈的情況下，器件的輸出信號(hào)隨頻率的增加在40MHz左右開(kāi)始衰減。

本實(shí)施例串聯(lián)了螺旋線圈，在輸入信號(hào)同樣為U_m＝U₀Cos(w₀t)的情況下，電路的總電流為

電容吸收的功率為

當(dāng)在40MHz的頻率實(shí)現(xiàn)阻抗近似匹配時(shí)，有整理得

電感吸收的功率為

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此時(shí)電容和電感吸收的總功率P_總＝P_L+P_C＝0。這表明了電容和電感之間相互交換能量，輸入的功率全部為電阻吸收，此時(shí)電路在40MHz時(shí)將不會(huì)有損耗，即抑制了輸出信號(hào)在40MHz時(shí)的衰減，器件衰減的頻率將會(huì)變大，這樣就提高了LED作為可見(jiàn)光通信器件的響應(yīng)速率。

實(shí)施例2：

一種多環(huán)p型電極和螺旋線圈的可見(jiàn)光通信器件，包括若干個(gè)LED芯片串聯(lián)組成的LED芯片陣列，其特征在于，還包括電感線圈，所述電感線圈LED芯片陣列串聯(lián)，所述電感線圈的電感值L滿足：所述LED芯片的p型電極層用三環(huán)導(dǎo)電材料制作，由內(nèi)到外分別為金屬Al環(huán)形電極6、氧化鋅環(huán)形電極5和納米銀環(huán)形電極4。

本實(shí)施例中，LED芯片的p型電極層制備方法包括：

(1)采用PECV(電子束蒸發(fā))設(shè)備蒸鍍金屬Al,利用化學(xué)刻蝕方法將其刻蝕成環(huán)形電極；

(2)采用MOCVD(金屬有機(jī)氣相淀積)設(shè)備，蒸鍍氧化鋅薄膜，利用干法或者濕法刻蝕技術(shù)，將其刻蝕成環(huán)形氧化鋅電極；

(3)采用PECVD蒸鍍或者M(jìn)OCVD技術(shù)生長(zhǎng)納米銀，使其形成網(wǎng)狀納米銀矩形電極。

所述Al環(huán)形電極6的厚度為2～5nm。

2～5nm厚的金屬Al環(huán)形電極6具有90％的透光率。

所述LED芯片依次包括位于襯底保護(hù)層上的緩沖層、產(chǎn)生電子的n型層、電子阻擋層、p型層、透明導(dǎo)電電極層和p形電極層。

本實(shí)施例包括12個(gè)LED芯片，12個(gè)LED芯片排列成正方形，電感線圈位于正方形中央，電感線圈一端10與第一LED芯片15的正極通過(guò)連接線11連接，另一端9與第二LED芯片16的負(fù)極通過(guò)連接線8連接，以第一LED芯片15為分界點(diǎn)，第二LED芯片16為最后一個(gè)芯片，12個(gè)LED芯片分成兩組，第一組內(nèi)前一個(gè)LED芯片的正極與后一個(gè)LED芯片的負(fù)極連接，第二組內(nèi)前一個(gè)芯片的負(fù)極與后一個(gè)LED芯片的正極連接，此處所述前后為按連接順序排列的前后，第一組首個(gè)LED芯片的負(fù)極13作為器件的負(fù)極，第二組首個(gè)LED芯片的正極12作為器件的正極。