紅外光通信發射裝置及系統的制作方法

本發明涉及光通信技術領域，涉及一種紅外光通信發射裝置及系統。

背景技術：

光通信(opticalcommunication)是以光波為載波的通信方式。紅外線是一種電磁波，可以實現數據的無線傳輸。基于紅外led的光通信方式為點對點，由于其價格比高，實現簡單，具有抗電磁干擾、便于高速應用、空間接入靈活、經濟的特點，可用于室內外實現點對點、無線紅外lan通信及軍用紅外引信，在移動計算和移動通訊的設備中獲得了廣泛的應用。

紅外led采用光調制技術，即按照發送信號來控制led的亮度變化來實現信號發送。因此，當前紅外led的發光效率是提升紅外光通信性能的一個重要指標。

技術實現要素：

為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種紅外光通信發射裝置。

本發明一個實施例提供了一種紅外光通信發射裝置10，包括：處理器11、驅動器13及紅外光源15；其中，

所述處理器11、所述驅動器13及所述紅外光源15依次串行電連接；且所述處理器11接收傳輸信號并解析所述傳輸信號形成驅動信號，所述驅動器13根據所述驅動信號控制所述紅外光源15進行發光以完成光通信。

在本發明的一個實施例中，所述處理器11包括信號解析模塊111、偏置模塊113、載波模塊115及調頻模塊117；其中，

所述解析模塊111接收所述傳輸信號并解析形成解析信號；

所述偏置模塊113電連接所述解析模塊111，用于接收所述解析信號并對所述解析信號進行放大處理形成放大信號；

所述混頻模塊117電連接所述載波模塊115及所述偏置電路113，用于將由所述載波模塊115產生的固定載波頻率的信號與所述放大信號進行混頻形成所述驅動信號。

在本發明的一個實施例中，所述驅動器13包括電阻r、三極管t、功率電阻w、第一電容c1、第二電容c2；其中，

所述電阻r電連接所述處理器11的輸出端；

所述三極管t的基極電連接所述電阻r且其發射極電連接至接地端gnd；

所述紅外光源15及所述功率電阻w依次串接于所述三極管t的集電極與電源vcc之間；

所述第一電容c1與所述第二電容c2并接后串接于所述電源vcc與所述接地端gnd之間。

在本發明的一個實施例中，所述紅外光源15包括基板151、紅外led153、金絲155、樹脂材料157及透鏡159；其中，

所述紅外led153設置于所述基板151中間位置處；

所述金絲155連接所述紅外led153的電極與設置于所述基板151上的金屬連線；

所述透鏡159固接于所述基板151上；

所述樹脂材料157填充于所述基板151與所述透鏡159形成的空間內。

在本發明的一個實施例中，所述基板151中間位置設置有凹槽，所述紅外led153設置所述凹槽內。

在本發明的一個實施例中，所述紅外led153的發光波長為1550nm～1650nm。

在本發明的一個實施例中，所述紅外led153包括si襯底1531、pin臺階結構1533、正電極1535及負電極1537；其中，

所述pin臺階結構1533形成于所述si襯底1531表面的中心位置處；

所述正電極1535形成于所述pin臺階結構1533的上表面；

所述負電極1537形成于所述si襯底1531的上表面并位于所述pin臺階結構1533兩側的位置處。

在本發明的一個實施例中，所述pin臺階結構1533依次包括n型si外延層、張應變ge層、p型ge層，且所述n型si外延層、所述張應變ge層及所述p型ge層形成pin結構。

本發明的另一實施例提供了一種紅外光通信系統，包括紅外發射器、中繼轉發器及紅外接收器，其中，所述紅外發射器為如上述任一實施例提供的紅外光通信發射裝置(10)。

在本發明的一個實施例中，所述中繼轉發器包括紅外接收模塊、紅外發射模塊及單片機；其中，所述單片機分別電連接所述紅外接收模塊及所述紅外發射模塊。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

1.本發明紅外光通信發射裝置，采用高發光率的紅外光源，提高了光通信發射裝置的傳輸性能；

2.本發明的紅外光源，在基板上設置凹槽，從結構上提高紅外led的發光效率；

3.本發明的紅外led，在制作工藝上采用lrc工藝，使si襯底與ge外延層界面特性變優，具有ge外延層位錯密度低的優點，從而進一步提高紅外led的發光效率。

附圖說明

為了清楚說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種紅外光通信發射裝置的電路結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的一種處理器的電路結構示意圖；

圖3為本發明實施例提供的一種驅動器的電路結構示意圖；

圖4為本發明實施例提供的一種紅外光源的電路結構示意圖；

圖5為本發明實施例提供的一種紅外led的結構示意圖；

圖6為本發明實施例提供的一種晶化處理工藝的流程示意圖；

圖7a-圖7k為本發明實施例的一種紅外led的制備工藝示意圖；

圖8為本發明實施例提供的一種紅外光通信系統的架構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

實施例一

請參見圖1，本發明實施例提供的一種紅外光通信發射裝置的電路結構示意圖，其中，紅外光通信發射裝置100，包括：處理器11、驅動器13及紅外光源15；其中，所述處理器11、所述驅動器13及所述紅外光源15依次串行電連接；且所述處理器11接收傳輸信號并解析所述傳輸信號形成驅動信號，所述驅動器13根據所述驅動信號控制所述紅外光源15進行發光以完成光通信。

具體地，請參見圖2，圖2為本發明實施例提供的一種處理器的電路結構示意圖。所述處理器11可以包括信號解析模塊111、偏置模塊113、載波模塊115及調頻模塊117；其中，所述解析模塊111接收所述傳輸信號并解析形成解析信號；所述偏置模塊113電連接所述解析模塊111，用于接收所述解析信號并對所述解析信號進行放大處理形成放大信號；所述混頻模塊117電連接所述載波模塊115及所述偏置電路113，用于將由所述載波模塊115產生的固定載波頻率的信號與所述放大信號進行混頻形成所述驅動信號。

進一步地，請參見圖3，圖3為本發明實施例提供的一種驅動器的電路結構示意圖。所述驅動器13包括電阻r、三極管t、功率電阻w、第一電容c1、第二電容c2；其中，所述電阻r電連接所述處理器11的輸出端；所述三極管t的基極電連接所述電阻r且其發射極電連接至接地端gnd；所述紅外光源15及所述功率電阻w依次串接于所述三極管t的集電極與電源vcc之間；所述第一電容c1與所述第二電容c2并接后串接于所述電源vcc與所述接地端gnd之間。

具體地，驅動信號由處理器11的調頻模塊117傳送至電阻r處，通過三極管的基極連接紅外光源15的負極以驅動紅外光源15發光，紅外光源15的正極連接至電源vcc。該電源優選為12v的直流電源。另外，紅外光源15可以串接多個以提供發光效率。為了儲能，可以在電源vcc端和接地端gnd之間增加儲能電容c1和c2，例如c1及c2的電容值為2000μf以上。

本發明的驅動器，較現有技術中的光通信設備的驅動器，成本低，通過簡單的電路搭建即可滿足要求。同時，可以在該電路結構下增加所驅動的外紅led，可以以串行的方式驅動，其驅動能力強，有助于提高光通信的傳輸距離。

請參見圖4，圖4為本發明實施例提供的一種紅外光源的電路結構示意圖。所述紅外光源15可以包括基板151、紅外led153、金絲155、樹脂材料157及透鏡159；其中，所述紅外led153設置于所述基板151中間位置處；所述金絲155連接所述紅外led153的電極與設置于所述基板151上的金屬連線；所述透鏡159固接于所述基板151上；所述樹脂材料157填充于所述基板151與所述透鏡159形成的空間內。

其中，基板151優選采用玻璃環氧樹脂材料。

其中，所述基板151中間位置設置有凹槽，所述紅外led153設置所述凹槽內。由于凹槽內側面可以將紅外led153的光線進行折射，且透鏡159靠近基板側呈現豎直形狀，可以減小紅外光的散射，以從結構上提高發光效率。

其中，所述紅外led153的發光波長為1550nm～1650nm。

另外，樹脂材料157優選使用含有顏料的環氧樹脂，且采用連續成型形成，由其密封的紅外led153，具有紅外光良好通過的特性。

實施例二

請參見圖5，圖5為本發明實施例提供的一種紅外led的結構示意圖。本實施例在上述實施例的基礎上，重點對紅外led的結構和工藝進行詳細介紹。

具體地，所述紅外led153可以包括si襯底1531、pin臺階結構1533、正電極1535及負電極1537；其中，所述pin臺階結構1533形成于所述si襯底1531表面的中心位置處；所述正電極1535形成于所述pin臺階結構1533的上表面；所述負電極1537形成于所述si襯底1531的上表面并位于所述pin臺階結構1533兩側的位置處。

優選地，所述si襯底1531為n型單晶si材料。

優選地，所述pin臺階結構1533依次包括n型si外延層、張應變ge層、p型ge層，且所述n型si外延層、所述張應變ge層及所述p型ge層形成pin結構。

其中，所述n型si外延層的厚度為120～200nm，且其摻雜濃度為5×10¹⁹～1×10²⁰cm^-3。

其中，所述張應變ge層包括晶化ge層和ge外延層。

進一步地，所述晶化ge層是由ge籽晶層和ge主體層經過晶化處理后形成的。

可選地，所述晶化ge層是由ge籽晶層和ge主體層經過晶化處理后形成的。

其中，所述ge籽晶層厚度為40～50nm；所述ge主體層厚度為150～200nm。

優選地，請參見圖6，圖6為本發明實施例提供的一種晶化處理工藝的流程示意圖。所述晶化處理包括如下步驟：

步驟1、將包括所述si襯底11、所述n型si外延層、所述ge籽晶層、所述ge主體層的整個襯底材料加熱至700℃；

步驟2、利用lrc工藝晶化所述整個襯底材料；其中lrc工藝的激光波長為808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率為1.5kw/cm²，激光移動速度為25mm/s；

步驟3、對所述整個襯底材料進行高溫熱退火處理以完成所述晶化處理。

晶化處理工藝是一種熱致相變結晶的方法，通過激光熱處理，使si襯底上ge外延層熔化再結晶，橫向釋放ge外延層的位錯缺陷，不僅可獲得高質量的ge外延層，同時，由于lrc工藝可精確控制晶化區域，一方面避免了常規工藝中si襯底與ge外延層之間的si、ge互擴問題，另一方面si/ge之間材料界面特性好。

可選地，所述ge外延層為本征ge材料，且其厚度為400～450nm。

可選地，所述p型ge層的厚度為180～200nm，且其摻雜濃度為0.5×10¹⁹～1×10¹⁹cm^-3。

可選地，所述紅外led還包括鈍化層，所述鈍化層設置于所述si襯底及所述pin結構的上表面，用于隔離所述正電極1535及所述負電極1537。

其中，所述鈍化層為sio2材料，且其厚度為150～200nm。

優選地，所述正電極1535和所述負電極1537為cr或者au材料，且其厚度為150～200nm。

本發明紅外led，利用si襯底與ge外延層界面特性好的優勢，利用n型si/張應變ge/p型ge縱向結構，極大地提高紅外led的發光效率。

請參見圖7a-圖7k，圖7a-圖7k為本發明實施例的一種紅外led的制備工藝示意圖。該紅外led的制備流程例如可以是如下步驟：

s101、選取摻雜濃度為5×10¹⁸cm^-3的n型單晶硅(si)襯底片001，如圖7a所示；

s102、在300℃溫度下，利用cvd工藝在si襯底生長厚度為120～200nm的n型si外延層002，摻雜濃度為5×10¹⁹～1×10²⁰cm^-3，如圖7b所示；

s103、在275℃～325℃溫度下，利用cvd工藝在si外延層表面生長厚度為40～50nm的ge籽晶層003，如圖7c所示；

s104、在500℃～600℃溫度下，利用cvd工藝在在ge籽晶層表面生長厚度為150～200nm的ge主體層004，如圖7d所示；

s105、利用cvd工藝在ge主體層表面上淀積厚度為100～150nmsio2氧化層005，如圖7e所示；

s106、將包括單晶si襯底、n型si外延層、ge籽晶層、ge主體層及氧化層的整個襯底材料加熱至700℃，利用激光再晶化技術晶化整個襯底材料，其中激光波長為808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率為1.5kw/cm²，激光移動速度為25mm/s，然后高溫熱退火，與此同時引入張應力；

s107、利用干法刻蝕工藝刻蝕氧化層005，得到激光晶化后的ge層006，如圖7f所示；

s108、在300-400℃溫度下，利用cvd工藝在激光晶化后的ge層上生長厚度為400～450nm的ge外延層007，如圖7g所示；其中，由于ge外延層是在晶化后的ge層上生長的，所以ge的質量較好，晶格失配率較低。

s109、在300-400℃溫度下，利用cvd工藝在ge外延層表面生長厚度為180～200nm的p型ge層結構008，摻雜濃度為0.5×10¹⁹～1×10¹⁹cm^-3。如圖7h所示；

s110、室溫下，使用hcl:h2o2:h2o＝1:1:20的化學溶劑，以穩定速率100nm/min進行臺面刻蝕，刻蝕的深度控制在950nm，使si襯底露出做金屬接觸，如圖7i所示；

s111、利用等離子體增強化學氣象淀積技術，淀積厚度為150～200nm的sio2鈍化層009，隔離臺面與外界電接觸。用刻蝕工藝選擇性刻蝕掉指定區域的sio2形成接觸孔，如圖7j所示；

s112、利用電子束蒸發淀積厚度為150～200nm的cr/au層010。利用刻蝕工藝刻選擇性蝕掉指定區域的金屬cr/au，利用化學機械拋光(cmp)進行平坦化處理，如圖7k所示。

實施例三

請參見圖8，圖8為本發明實施例提供的一種紅外光通信系統的架構示意圖。該紅外光通信系統可以包括紅外發射器、中繼轉發器及紅外接收器，其中，所述紅外發射器為上述實施例提供的紅外光通信發射裝置(10)。

其中，所述中繼轉發器包括紅外接收模塊、紅外發射模塊及單片機；其中，所述單片機分別電連接所述紅外接收模塊及所述紅外發射模塊。

在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統，裝置和方法，可以通過其它的方式實現。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多路單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特征可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。

作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多路網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。

另外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現，也可以采用硬件加軟件功能單元的形式實現。

上述以軟件功能單元的形式實現的集成的單元，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。上述軟件功能單元存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例方法的部分步驟。而前述的存儲介質包括：u盤、移動硬盤、只讀存儲器(read-onlymemory，簡稱rom)、隨機存取存儲器(randomaccessmemory，簡稱ram)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。