一种改进型单片GaN基光电耦合器，采用环形交错微结构

《IEEE Sensors Letters》：An Improved Monolithic GaN-Based Optocoupler With Annular Interdigitated Microstructures

本研究通过单芯片微制造工艺将LED和PD集成在蓝宝石GaN衬底上，采用环形互联微结构设计，显著提高耦合效率。实测光电电流达0.176mA，电流传输比0.23%，同时减少PD数量，缩小芯片尺寸并简化包装，有效解决了传统混合结构集成难度高、工艺复杂及可靠性差的问题。

　　

摘要：

大多数商用光耦合器至少集成了两个光学元件，例如发光二极管（LED）和硅光电二极管（PD），它们共同实现简单的信号切换功能。然而，这种混合设计不仅使得高级设备集成变得困难，还增加了制造复杂性并降低了可靠性。为了实现紧凑、高性能的光耦合器，本研究采用单片微制造工艺，将LED和PD集成在基于蓝宝石的氮化镓（GaN）外延晶片上，形成一个单一芯片。设计中采用了环形互指结构，使得LED被PD包围。该方法适用于批量生产，并通过环形和互指结构扩大了有效区域，从而提高了耦合效率。测量结果显示，当向发光元件施加80 mA电流时，具有环形互指结构的芯片产生了0.176 mA的光电流。该光耦合器实现了0.23%的高电流传输比，表现出优异的性能。此外，这种设计所需的PD数量较少，从而减小了芯片尺寸并简化了封装过程。