同面电极无线能量信息同传激光电池芯片及其制作工艺的制作方法

本发明涉及无线能量信息互联，具体涉及一种同面电极无线能量信息同传激光电池芯片及其制作工艺。

背景技术：

1、基于激光的无线能量信息同传系统，是一种能够实现无物理接触式的电力传输和信息传输的新型供能及通信技术，由于激光的单色性好，方向性好，辐射功率高，不易受电磁干扰、通信安全性高等特点，使用激光作为能量和信息的传输载体，能够最大限度保证能量传输的同时，进行信息指令的高效、安全传达。

2、传统的能量信息同传系统，在能量信息接收端多采用混合集成的方式，把作为能量接收器件的激光电池和作为信号接收器件的光电探测器组合在一起，不仅工艺结构复杂，可靠性差，还容易造成器件散热困难。新型的异面能信同传芯片也存在着封装工艺复杂且电极间寄生电容大的问题，严重影响着能量信息同传芯片的信号传输速率。

3、可见，现有技术中暂没有结构简单、便于封装集成，能够满足能量信息同传且性能良好的同传激光电池芯片。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种同面电极无线能量信息同传激光电池芯片及其制作工艺，该技术能够同时接收发射端发射的激光能量和信号，且正、负电极设计在同一面，信号传输速率进一步提高，芯片更容易封装和集成，使得能量信息同传接收端硬件系统更加简单和紧凑。

3、技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、第一方面，本发明提供了一种同面电极无线能量信息同传激光电池芯片，其包括：

6、外延片结构和在所述外延片结构上深刻蚀而成的环形隔离通道；所述环形隔离通道将所述同面电极无线能量信息同传激光电池芯片分为能量接收区和信号接收区；

7、其中，所述外延片结构包括衬底和在所述衬底上自下而上逐层生长的gaas衬底层、n型导电层、背场层、基区、发射区、窗口层，以及帽层；

8、所述环形隔离通道为依次刻蚀所述外延片结构的帽层、窗口层、发射区、基区、背场层，以及n型导电层后所形成的圆环沟道。

9、进一步地，所述外延片结构是由mocvd设备根据设定好的运行程序逐层生长而成。

10、进一步地，所述背场层的构成材料包括n型的algaas；所述基区的构成材料包括n型的gaas；所述发射区的构成材料包括p型的gaas材料；所述窗口层的构成材料包括p型的algaas材料。

11、进一步地，所述能量接收区用于把激光传输的能量转化为电能输出；所述信号接收区用于把被基带信号调制的激光光信号转换为电信号输出。

12、进一步地，所述同面电极无线能量信息同传激光电池芯片的pn结的p区接触层表面分布叉指状电极。

13、第二方面，本发明还提出了一种如上述所述的同面电极无线能量信息同传激光电池芯片的制作工艺，包括：

14、s1、对同面电极无线能量信息同传激光电池芯片进行正面电极光刻、ti/au电极蒸镀以及电极的湿法剥离，以制作p型电极；

15、s2、对同面电极无线能量信息同传激光电池芯片进行帽层光刻、帽层刻蚀及去胶清洗，漏出窗口层；

16、s3、对同面电极无线能量信息同传激光电池芯片先进行n型电极光刻，然后刻蚀到n型导电层，并进行金属蒸镀和剥离，以制作n型电极；

17、s4、在同面电极无线能量信息同传激光电池芯片的中心位置自上而下刻蚀到衬底位置，以刻蚀出圆环沟道；

18、s5、对同面电极无线能量信息同传激光电池芯片进行隔离区光刻和刻蚀，并进行残留光刻胶的去胶清洗；

19、s6、对同面电极无线能量信息同传激光电池芯片侧面进行钝化处理和激光入射增透处理；

20、s7、切割划片形成单颗同面电极无线能量信息同传激光电池芯片。

21、进一步地，所述对同面电极无线能量信息同传激光电池芯片进行正面电极光刻包括：利用东进l-300负胶对同面电极无线能量信息同传激光电池芯片进行正面电极光刻。

22、进一步地，所述s3、对同面电极无线能量信息同传激光电池芯片先进行n型电极光刻，然后刻蚀到n型导电层，并进行金属蒸镀和剥离，以制作n型电极过程包括：先进行n型电极光刻，用正性光刻胶做掩膜，然后刻蚀到n型导电层，露出相应图形区域后，再用负胶光刻，并进行金属蒸镀和剥离，使金属图形化制作成n型电极，最后对n型电极进行快速退火工艺，完成欧姆接触。

23、进一步地，所述s6、对同面电极无线能量信息同传激光电池芯片侧面进行钝化处理和激光入射增透处理包括：利用pecvd沉积氮化硅薄膜或者二氧化硅薄膜以形成钝化层实现芯片侧面的钝化处理；沉积增透膜实现激光入射增透处理。

24、进一步地，在所述s7步骤后，还包括：对单颗同面电极无线能量信息同传激光电池芯片进行包括i-v特性曲线、外量子效率、激光信号接收调制速率的性能测试。

25、有益效果

26、本发明提供一种同面电极无线能量信息同传激光电池芯片及其制作工艺，该激光电池芯片包括：外延片结构和在外延片结构上深刻蚀而成的环形隔离通道；该环形隔离通道将同面电极无线能量信息同传激光电池芯片分为用于把激光传输的能量转化为电能输出的能量接收区和用于把被基带信号调制的激光光信号转换为电信号输出信号接收区。本发明的激光电池芯片一方面可以同时实现能量接收和信号接收两种功能，且各功能区工作互不影响；第二方面该芯片做成同面电极结构，不仅提高了信号传输速率，还利于二维集成与封装，使得能量信息同传接收端硬件系统更加简单和紧凑；进一步的，其避免了由于分立器件的混合集成造成的散热不良问题和工艺复杂问题，使得能量信息接收器件的性能可靠性和制造成本大大降低。

技术特征：

1.一种同面电极无线能量信息同传激光电池芯片，其特征在于，所述同面电极无线能量信息同传激光电池芯片包括：

2.根据权利要求1所述的同面电极无线能量信息同传激光电池芯片，其特征在于，所述外延片结构是由mocvd设备根据设定好的运行程序逐层生长而成。

3.根据权利要求1所述的同面电极无线能量信息同传激光电池芯片，其特征在于，所述背场层的构成材料包括n型的a lgaas；所述基区的构成材料包括n型的gaas；所述发射区的构成材料包括p型的gaas材料；所述窗口层的构成材料包括p型的a lgaas材料。

4.根据权利要求1所述的同面电极无线能量信息同传激光电池芯片，其特征在于，所述能量接收区用于把激光传输的能量转化为电能输出；所述信号接收区用于把被基带信号调制的激光光信号转换为电信号输出。

5.根据权利要求1所述的同面电极无线能量信息同传激光电池芯片，其特征在于，所述同面电极无线能量信息同传激光电池芯片的pn结的p区接触层表面分布叉指状电极。

6.一种如权利要求1-5任意一项所述的同面电极无线能量信息同传激光电池芯片的制作工艺，其特征在于，所述同面电极无线能量信息同传激光电池芯片的制作工艺包括：

7.根据权利要求6所述同面电极无线能量信息同传激光电池芯片的制作工艺，其特征在于，所述对同面电极无线能量信息同传激光电池芯片进行正面电极光刻包括：利用东进l-300负胶对同面电极无线能量信息同传激光电池芯片进行正面电极光刻。

8.根据权利要求6所述的同面电极无线能量信息同传激光电池芯片的制作工艺，其特征在于，所述s3、对同面电极无线能量信息同传激光电池芯片先进行n型电极光刻，然后刻蚀到n型导电层，并进行金属蒸镀和剥离，以制作n型电极过程包括：先进行n型电极光刻，用正性光刻胶做掩膜，然后刻蚀到n型导电层，露出相应图形区域后，再用负胶光刻，并进行金属蒸镀和剥离，使金属图形化制作成n型电极，最后对n型电极进行快速退火工艺，完成欧姆接触。

9.根据权利要求6所述的同面电极无线能量信息同传激光电池芯片的制作工艺，其特征在于，所述s6、对同面电极无线能量信息同传激光电池芯片侧面进行钝化处理和激光入射增透处理包括：利用pecvd沉积氮化硅薄膜或者二氧化硅薄膜以形成钝化层实现芯片侧面的钝化处理；沉积增透膜实现激光入射增透处理。

10.根据权利要求6所述的同面电极无线能量信息同传激光电池芯片的制作工艺，其特征在于，在所述s7步骤后，还包括：对单颗同面电极无线能量信息同传激光电池芯片进行包括i-v特性曲线、外量子效率、激光信号接收调制速率的性能测试。

技术总结
本发明提供了一种同面电极无线能量信息同传激光电池芯片及其制作工艺，属于无线能量信息互联技术领域。本发明的激光电池芯片包括：外延片结构和在外延片结构上深刻蚀而成的环形隔离通道；该环形隔离通道将该激光电池芯片分为能量接收区和信号接收区。本发明的激光电池芯片一方面可以同时实现能量接收和信号接收两种功能，且各功能区工作互不影响；第二方面该芯片做成同面电极结构，不仅提高了信号传输速率，还利于二维集成与封装，使得能量信息同传接收端硬件系统更加简单和紧凑；进一步的，其避免了由于分立器件的混合集成造成的散热不良问题和工艺复杂问题，使得能量信息接收器件的性能可靠性和制造成本大大降低。

技术研发人员：吕朝晨,倪旺,高鹏,张超,赵一聪,孟占昆
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16