0 引言

    近十年来，物联网（IoT）已成为一项极具发展潜力的新技术[1-4]，得到了各国政府、社会各界的高度重视，甚至在美国、欧盟、日本等国家和地区的信息化战略中都有它的身影。

为了应对全球气候变暖和资源枯竭等问题，人们已经开始把目光投向未知的海洋，大力发展海洋勘探、海洋遥感等水下技术[5-6]。IoT技术的进步和对海洋探索的深入，导致了水下连接设备数量的爆发式增长。由海洋传感器、水听器、水下摄像机等水下设备组成的水下物联网（IoUT）概念也随之被提出[7-9]。现有的水下通信系统大多采用光或声作为传输媒介[10-11]，通信时不可避免地会产生电量损耗，对于水下设备来说，维护和更换电池是非常复杂的。因此，延长电池寿命是IoUT面临的最大挑战之一[12-14]。

氮化镓材料具有直隙宽禁带的特点，是短波长发光器件的理想材料，且通过制备InGaN/GaN多量子阱可以使发光二极管（LED）器件内量子效率超过90%，是最节能的光源之一。基于氮化镓基量子阱二极管的发光探测共存的物理现象，可将具有相同量子阱结构的量子阱二极管器件制备在同一块芯片上，利用此芯片可通过光伏效应将光转换为不同形式的电信号的特性[15-17]，并借助成熟的兼容工艺，可在单晶片上同时集成发光、探测、能量采集等器件，从而实现器件的小型化。

    基于以上特点，氮化镓材料的光电器件在水下物联网这一领域具有广阔前景。因此，本文提出氮化镓能源通信感知一体化芯片。

4 结束语

    针对水下环境中物联网感知终端的能源供给难题，本文基于氮化镓量子阱二极管的多功能光电特性，通过联合使用MGOS工艺与已有的GaN LED制造技术，将能源、照明、通信和感知等器件集成到单片芯片上，实现了无线能量采集和光通信共存的特性；使用沉积SiO2/TiO2 DBR钝化层形成防水包装的方法，保护器件之间的金属连接线，有效地解决了水下器件能源自供给问题。这些小型化、可穿戴的MGOS体系结构无需复杂的外部电路就能实现多种功能。

    氮化镓能源通信感知一体化芯片解决了水下设备的能源限制问题，将其应用在可见光中继通信、水下传感器、水生动物穿戴光电系统[19-22]，对于水下物联网的发展有着极其重要的意义。