Fudan Universiteit werk saam met Lattice Power Semiconductor om vir die eerste keer die navorsingsresultate van silikonsubstraat InGaN rooi lig Mikro-LED vir sigbare ligkommunikasie te rapporteer.

Onlangs het Fudan Universiteit en Jiangxi Lattice Power Semiconductor saamgewerk aan die navorsingsresultate oor die toepassing van silikon-gebaseerde InGaN rooi lig Mikro-LED in veelkleurige skerms en hoëspoed sigbare ligkommunikasie. Die titel "Red InGaN Micro-LEDs on Silicon Substrates: Potential for Multicolor Display and Wavelength Division Multiplexing Visible Light Communication" is gepubliseer in die top internasionale tydskrif op die gebied van optiese kommunikasie "Lightwave Technology Magazine" (IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology). Nadat die resultate gepubliseer is, het die bekende internasionale halfgeleierbedryfstydskrif "Semiconductor Today" 'n rubriek gepubliseer met die titel "Red InGaN LEDs for visible light communication" (Red InGaN LEDs for visible light communication) verslag, waarin verklaar word dat "Fudan Universiteit en Jiangxi Lattice Power Semiconductor vir die eerste keer rooi-emitterende mikro-lig-emitterende diodes op silikonsubstrate vir sigbare ligkommunikasie gerapporteer het. Die span het ook die golflengte/kleur van mikro-LED's van verskillende groottes bestudeer as 'n funksie van stroom van rooi na groen vir skerm en veelgolflengte data-oordrag."

Figuur 1 Skermkiekie van die "Semiconductor Today"-verslag.

Mikro-LED, as 'n opkomende tegnologie, toon groot potensiaal in die volgende generasie gevorderde vertoonstelsels, sigbare ligkommunikasie en optogenetika. In vergelyking met volwasse groen en blou GaN-materiaalstelsels, staar die ontwikkeling van rooi Mikro-LED's groot uitdagings in die gesig. Gewoonlik word die rooi LED's van aluminiumindiumgalliumfosfied (AlInGaP) materiaal gemaak, maar namate die skyfiegrootte tot die mikronvlak krimp, sal die doeltreffendheid van AlInGaP-gebaseerde Mikro-LED's aansienlik afneem. Boonop is AlInGaP onversoenbaar met bestaande GaN-gebaseerde groen en blou LED-materiaalstelsels. Teoreties kan InGaN-materiale die hele sigbare spektrum dek deur die indiuminhoud in verskeie kwantumputte aan te pas, en het goeie meganiese stabiliteit en hoër potensiële doeltreffendheid, en word dit geleidelik 'n ideale materiaal vir mikronvlak-rooi lig-emissie.

Tans word InGaN rooi Mikro-LED's meestal op patroongewyse saffiersubstrate gekweek of GaN-pseudo-substrate op saffiersubstrate bekendgestel. Indien dit op oordraggedrukte vertoontegnologie toegepas word, is 'n relatief duur laser-opheffingsproses nodig om die oorspronklike substraat te verwyder. As 'n groeisubstraat met groot kommersiële toepassingspotensiaal, kan silikon grootskaalse, hoëgehalte-wafers teen lae vervaardigingskoste verkry. Tot dusver is daar egter min verslae oor silikonsubstraat InGaN rooi Mikro-LED, en daar is geen gedetailleerde navorsing oor die toestelprestasie en toepassingsvelde nie.

Vir hierdie doel het die navorsingspan die silikonsubstraat InGaN rooi Mikro-LED as die navorsingsobjek gekies en die golflengte-/kleurveranderinge van pixels van verskillende groottes geanaliseer soos die stroom toeneem om veelkleurige vertoon en veelkleurige data-oordrag te verkry (Figuur 2). Deur die pixelgrootte aan te pas en stroom in te spuit, is 'n beduidende blouverskuiwingsverskynsel waargeneem, met die golflengte wat van rooi lig na groen lig verskuif. By 'n hoë stroomdigtheid van 100 A/cm2 oorskry die piekgolflengte van alle pixels 630 nm, wat kan voldoen aan toepassingscenario's wat hoë stroomdigtheid vereis, soos toegevoegde realiteit, virtuele realiteit en ander velde. Soos die stroomdigtheid toeneem, verskuif die CIE-koördinate ook van die rooi ligarea na die groen ligarea, wat 'n wyer kleurspektrum toon. Veelkleurige liguitstraling met eenvormige helderheid word bereik deur die werksiklus aan te pas, wat die toepassingspotensiaal daarvan in enkel-skyfie, veelkleurige mikro-LED-skerms demonstreer. Vervolgens is die vertoonkenmerke van die 80 μm-pixel in detail bespreek. Teen 'n lae stroomdigtheid van 2 A/cm2 het die EQE 0.19% bereik, en teen 'n stroomdigtheid van 100 A/cm2 was die EQE 0.14%.

Figuur 2 (a) Skematiese diagram van die struktuur van 'n bo-uitstralende Mikro-LED-toestel; (b) SEM-foto van die voorbereide 20μm rooi ligpixel; (c) Optiese mikroskoopfoto van 'n 80 μm rooi pixel teen 'n stroomdigtheid van 20 A/cm2.

Die navorsers het verder die kommunikasieprestasie van rooi pixels van verskillende groottes getoets en gevind dat die modulasiebandwydte van InGaN rooi Mikro-LED's (grootte minder as 100 μm) op silikonsubstrate 400 MHz oorskry het, wat hulle baie geskik maak vir data-oordrag (Figuur 3). Vir 'n 40μm pixel is die maksimum modulasiebandwydte wat bereik kan word wanneer rooi lig, geel lig en groen lig uitgestraal word, onderskeidelik 112.67 MHz, 126.38 MHz en 533.15 MHz. Onder hulle is die modulasiebandwydte wat bereik word wanneer groen lig uitgestraal word, die rekordbandwydte van kleur-instelbare Mikro-LED's wat tot dusver gerapporteer is, wat die groot voordele daarvan in veelkleurige sigbare ligkommunikasie demonstreer.

Figuur 3 (a) -3dB modulasiebandwydte as 'n funksie van stroomdigtheid vir alle pixelgroottes. (b) Frekwensieresponskrommes van 40μm pixels teen 80, 600 en 5000 A/cm2, wat ooreenstem met die golflengtes van onderskeidelik 640 nm (rooi lig), 584 nm (geel lig) en 533 nm (groen lig).

Vervolgens is 'n enkel-skyfie, veelkleurige golflengte-delingsmultiplekseringskema voorgestel (Figuur 4). Mikro-LED's met verskillende emissiegolflengtes word aan die transmissie-kant van sigbare ligkommunikasie gebruik, met die maksimum toegelate transmissiedatatempo wat 2.35 Gbps bereik. Dit is die eerste verslag van silikonsubstraat InGaN rooi lig Mikro-LED wat in sigbare ligkommunikasie gebruik word. As gevolg van die hoë integrasie en miniaturisering van pixels, het hierdie toestel groot toepassingspotensiaal in velde soos draagbare kommunikasietoestelle en slimhorlosies, en daar word verwag dat dit die kompleksiteit van algehele stelselintegrasie in die toekoms sal verminder.

Figuur 4 Skematiese diagram van die eksperimentele toestel van die WDM-OWC-stelsel.

Verwante skakels:

Papier skakel: https://doi.org/10.1109/JLT.2023.3261875

Kolomverslag skakel: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/apr/fudan-210423.shtml