用于数据通信的高速及多触点发光二极管制造技术

LED可包含第三触点，例如以增加所述LED的操作速度。具有所述第三触点的所述LED可用于光学通信系统中，例如芯片到芯片光学互连件。例如芯片到芯片光学互连件。例如芯片到芯片光学互连件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于数据通信的高速及多触点发光二极管


[0001]本专利技术大体涉及发光二极管(LED)，且更特定来说，涉及用于数据通信的高速LED。

技术介绍

[0002]激光由于其窄线宽、单空间模式输出及高速特性而在光学通信中趋于占据主导地位。激光的窄线宽意味着高速信号可长距离通过色散介质而不加宽脉冲。长距离光纤链路经常受到色散限制，且因此窄线宽激光可为长距离光纤链路所必需的。激光的单空间模式也相对容易耦合到单模光纤。
[0003]激光的受激发射也可允许高调制速度。直接调制的光链路可能够容易以25Gb/s运行，并潜在地使用PAM4调制载送50Gb/s的信息。
[0004]然而，激光的使用可给非常短距离的光学通信(例如芯片到芯片通信)带来困难。

技术实现思路

[0005]在一些实施例中，一种用于将由处理器提供的信息传送到所述处理器的另一区域或多芯片模块中的另一模块的光学通信系统，其包括：LED，其与所述处理器相关联；LED驱动器，其用于激活所述LED以基于从所述处理器提供给所述LED驱动器的数据产生光；检测器，其用于使用所述光执行光电转换；以及光学波导，其光学耦合所述LED与所述检测器；其中所述LED包括：具有包含量子阱的基极的双极结晶体管(BJT)。在一些实施例中，所述BJT的发射极包括AlGaN。
[0006]在一些实施例中，一种用于将由处理器提供的信息传送到所述处理器的另一区域或多芯片模块中的另一模块的光学通信系统，所述光学通信系统包括：LED，其与所述处理器相关联；LED驱动器，其用于调制所述LED的输出光学功率，使得所述LED将基于从所述处理器提供给所述LED驱动器的数据产生光；检测器，其用于使用所述光执行光电转换，所述检测器例如具有由入射到所述检测器上的光学功率调制的电输出；以及光学波导，其将所述LED与所述检测器光学耦合；其中所述LED包括：具有金属氧化物半导体(MOS)结构的p
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n结。
[0007]在审阅本公开后将更全面地理解本专利技术的这些及其它方面。
附图说明
[0008]图1A展示根据本专利技术的方面的经制造成具有额外触点的电可控LED，图1B展示LED的导通状态的带图，且图1C展示LED的关断状态的带图。
[0009]图2展示根据本专利技术的方面的经制造成具有额外触点及AlGaN发射极的电可控LED。
[0010]图3展示根据本专利技术的方面的具有额外触点的LED结构，所述额外触点将p
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n结与MOS结构组合，所述MOS结构可扫出少数载子，但将其收集在积累区中。
[0011]图4展示根据本专利技术的方面的包含横向积累区的具有额外触点的LED结构。
[0012]图5展示根据本专利技术的方面的在本文不同地讨论的使用LED的实例。
具体实施方式
[0013]激光的特性可对非常短距离的光学通信(例如芯片到芯片通信)不那么重要。在一些实施例中，微LED(尤其是针对高调制速度优化的结构)用于将光耦合到波导中，例如，如关于图5所讨论的。在一些实施例中，使用微LED提供芯片之间的高度并行通信，例如在插入器上或通过3D光学结构，例如包含光学波导及/或使用光学元件(例如透镜及全息图)的自由空间光学传播的光学结构。基于GaN的微LED已被开发用于显示应用，且已经开发用于将此类装置安装在硅CMOS或玻璃上多晶硅背板上的封装生态系统。通过相对较小的修改，此封装生态系统的元件可用于将IC互连以进行芯片到芯片通信。
[0014]在一些实施例中，微LED与半导体激光器(SL)的区别如下：(1)微LED不具有光学谐振器结构；(2)来自微LED的光学输出几乎完全是自发发射，而来自SL的输出主要是受激发射；(3)来自微LED的光学输出具有时间及空间非相干性，而来自SL的光学输出具有显著的时间及空间相干性；(4)微LED被设计成驱动低至零的最小电流，而SL被设计成驱动低至最小阈值电流，其通常至少为1mA。在一些实施例中，微LED与标准LED的区别在于：(1)具有小于100微米乘以100微米(在一些实施例中小于100um x 100um)的发射区；(2)通常在顶部及底部表面上有正及负触点，而标准LED通常在单个表面上具有正及负触点两者；(3)通常以大阵列用于显示及互连应用。
[0015]在一些实施例中，对于芯片到芯片通信，距离如此短以至于色散不一定是问题。简单的计算指示，对于具有在400nm到450nm的范围内的中心波长和20nm的光谱宽度的GaN LED，如果LED以4Gb/s调制且传播通过掺杂SiO2波导或光纤，那么波导或光纤可长达5米，色散功率损失小于2dB。由于多芯片模块(MCM)内或跨PC板的芯片到芯片通信距离通常小于几十厘米，所以LED的较宽光谱宽度可能不是问题。此外，我们甚至可以使用相对容易将来自LED的输出光耦合到其中的高度多模式波导。由于距离较短，多模式波导的模色散可同样不是问题。在4Gb/s的信号速率下，即使在具有0.67的NA的10％芯包层折射率阶跃的波导中，波导长度可长达85cm，具有较小色散功率损失；较小的芯包层折射率阶跃通常具有较长可达性。因此，在许多实施例中，宽光谱LED及多模式波导对于芯片到芯片通信是足够的。
[0016]此外，在各种实施例中，微LED以非常小的尺寸制造，具有小于2um的装置尺寸。此小模式具有非常高的本征亮度(即，低扩展度)，并且通常可容易地耦合到多模式波导。尽管输出通常是朗伯式的，但适当地使用反射器，在一些实施例中使用微透镜，并且在一些实施例中将微LED嵌入波导中，耦合效率可为30％或更高。微LED通常具有类似甚至超过激光器的较高量子效率。由于在短距离上，即使在蓝色或绿色波长下也不会遭受太多的损耗，因此不需要太多的发射功率，并且在一些实施例中，以10uA左右运行的小微LED可为足够的。
[0017]一般来说，微LED受到载子寿命的限制(且如果微LED太大，则受到电容的限制)，并且通常不能达到高速激光的调制速度。然而，微处理器及逻辑中的时钟速度似乎达到几Gb/s的限制，且进出IC的数据通常使用串行器/解串器(SERDES)来加快速度以产生较少数目的高速通道。例如，商业上可用的开关IC目前可以几GHz的时钟速度运行，但以256或512个通道进行通信，每通道50Gb/s或100Gb/s，其中每一通道具有相关联的SERDES。这些SERDES消耗大量的电功率，且如果开关IC替代地使用更多的低速通道，那么可消除这些SERDES。光学
器件允许这种并行性，并即使在较慢的通道速度下，通过拥有更多数目的通道实现较高的吞吐量。然而，以尽可能高的调制速度操作的LED可为优选的。
[0018]此外，GaN微LED与激光器相比的较大优势在于其没有显著的阈值电流。虽然量子效率是驱动电流的函数，但微LED没有离散的阈值电平，而且微LED可在远低于激光器的电流下运行。鉴于其对显示器的有用性，存在用于在各种衬底上安装、连接及测试微LED的大量基础设施。且GaN微LED通常具有远优于半导体激光器的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将由处理器提供的信息传送到所述处理器的另一区域或多芯片模块中的另一芯片的光学通信系统，其包括：LED，其与所述处理器相关联；LED驱动器，其用于激活所述LED以产生基于从所述处理器提供给所述LED驱动器的数据调制的光；检测器，其用于使用所述光执行光电转换；及光学波导，其光学耦合所述LED与所述检测器；其中所述LED包括：双极结晶体管(BJT)，其具有包含量子阱的基极。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述BJT的发射极包括AlGaN。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述发射极具有n+掺杂。4.根据权利要求1所述的系统，其中具有包含量子阱的基极的所述BJT包括：n+GaN缓冲区及子集电极层，其在衬底上；n
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GaN集电极层，其在所述GaN缓冲区及子集电极层上；所述基极，其位于所述n
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GaN集电极层上，所述基极具有p
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掺杂；AlGaN n+发射极层，其在所述基极上；及n
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GaN触点层。5.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：另一LED，其与所述处理器的所述另一区域或所述多芯片模块中的另一芯片相关联；另一LED驱动器，其用于激活所述另一LED以产生基于从所述处理器的所述另一区域或所述多芯片模块中的另一芯片提供给所述另一LED驱动器的数据调制的光；及另一检测器，其用于使用来自所述另一LED的所述光执行光电转换；其中所述另一LED包括：另一双极结晶体管(BJT)，其具有包含量子阱的基极。6.一种用于将由处理器提供的信息传送到所述处理器的另一区域或多芯片模块中的另一模块的光学通信系...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：艾维森纳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：