La Universidad de Fudan coopera con Lattice Power Semiconductor para informar por primera vez los resultados de la investigación del micro-LED de luz roja InGaN con sustrato de silicio para comunicación con luz visible

Recientemente, la Universidad de Fudan y Jiangxi Lattice Power Semiconductor colaboraron en los resultados de la investigación sobre la aplicación de Micro-LED de luz roja InGaN basada en silicio en pantallas multicolores y comunicaciones de luz visible de alta velocidad. El título "Micro-LED rojos de InGaN sobre sustratos de silicio: potencial para visualización multicolor y comunicación de luz visible con multiplexación por división de longitud de onda" se publicó en la principal revista internacional en el campo de las comunicaciones ópticas "Lightwave Technology Magazine" (IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology ). Después de que se publicaron los resultados, la famosa revista internacional de la industria de semiconductores "Semiconductor Today" publicó un informe titulado "LED rojos de InGaN para comunicación con luz visible" (LED rojos de InGaN para comunicación con luz visible), afirmando que "La Universidad de Fudan y Jiangxi Lattice Power Semiconductor informó por primera vez sobre microdiodos emisores de luz rojos sobre sustratos de silicio para comunicaciones de luz visible. El equipo también estudió la longitud de onda/color de micro-LED de varios tamaños en función de la corriente de rojo a verde para visualización y múltiples. -transmisión de datos de longitud de onda."

Figura 1 Captura de pantalla del informe "Semiconductor Today".

Micro-LED, como tecnología emergente, muestra un gran potencial en sistemas de visualización avanzados de próxima generación, comunicaciones de luz visible y optogenética. En comparación con los sistemas maduros de materiales GaN verdes y azules, el desarrollo de Micro-LED rojos enfrenta enormes desafíos. Por lo general, los LED rojos están hechos de material de fosfuro de aluminio, indio y galio (AlInGaP), pero a medida que el tamaño del chip se reduce al nivel de micras, la eficiencia de los Micro-LED basados ​​en AlInGaP disminuirá significativamente. Además, AlInGaP es incompatible con los sistemas de materiales LED verdes y azules existentes basados ​​en GaN. En teoría, los materiales de InGaN pueden cubrir todo el espectro visible ajustando el contenido de indio en múltiples pozos cuánticos y tienen buena estabilidad mecánica y mayor eficiencia potencial, y gradualmente se convierten en un material ideal para la emisión de luz roja a nivel de micras.

Actualmente, los Micro-LED rojos de InGaN se cultivan principalmente en sustratos de zafiro estampados o introducen pseudosustratos de GaN en sustratos de zafiro. Si se aplica a la tecnología de visualización impresa por transferencia, se requiere un proceso de despegue láser relativamente costoso para eliminar el sustrato nativo. Como sustrato de crecimiento con un gran potencial de aplicación comercial, el silicio puede obtener obleas de alta calidad y de gran superficie a bajos costos de fabricación. Sin embargo, hasta ahora, hay pocos informes sobre el Micro-LED rojo InGaN con sustrato de silicio, y faltan investigaciones detalladas sobre el rendimiento del dispositivo y los campos de aplicación.

Con este fin, el equipo de investigación seleccionó el sustrato de silicio InGaN red Micro-LED como objeto de investigación y analizó los cambios de longitud de onda/color de píxeles de diferentes tamaños a medida que aumenta la corriente para lograr una visualización multicolor y una transmisión de datos de múltiples longitudes de onda (Figura 2). ). Al ajustar el tamaño de píxel e inyectar corriente, se observó un importante fenómeno de cambio al azul, con la longitud de onda cambiando de luz roja a luz verde. Con una alta densidad de corriente de 100 A/cm2, la longitud de onda máxima de todos los píxeles supera los 630 nm, lo que puede cumplir con escenarios de aplicaciones que requieren una alta densidad de corriente, como la realidad aumentada, la realidad virtual y otros campos. A medida que aumenta la densidad de corriente, las coordenadas CIE también cambian del área de luz roja al área de luz verde, mostrando una gama de colores más amplia. La emisión de luz multicolor con brillo uniforme se logra ajustando el ciclo de trabajo, lo que demuestra su potencial de aplicación en pantallas micro-LED multicolores de un solo chip. Posteriormente, se analizaron en detalle las características de visualización del píxel de 80 μm. Con una densidad de corriente baja de 2 A/cm2, el EQE alcanzó el 0,19%, y con una densidad de corriente de 100 A/cm2, el EQE fue del 0,14%.

Figura 2 (a) Diagrama esquemático de la estructura de un dispositivo Micro-LED de emisión superior; (b) Fotografía SEM del píxel de luz roja de 20 μm preparado; (c) Fotografía de microscopio óptico de un píxel rojo de 80 μm con una densidad de corriente de 20 A/cm2.

Los investigadores probaron además el rendimiento de comunicación de píxeles rojos de diferentes tamaños y descubrieron que el ancho de banda de modulación de los Micro-LED rojos de InGaN (tamaño inferior a 100 μm) sobre sustratos de silicio excedía los 400 MHz, lo que los hacía muy adecuados para la transmisión de datos (Figura 3). . Para un píxel de 40 μm, el ancho de banda de modulación máximo que se puede lograr al emitir luz roja, luz amarilla y luz verde es 112,67 MHz, 126,38 MHz y 533,15 MHz respectivamente. Entre ellos, el ancho de banda de modulación logrado cuando se emite luz verde es el ancho de banda récord de los Micro-LED de color sintonizable reportados hasta ahora, lo que demuestra sus enormes ventajas en las comunicaciones de luz visible multicolor.

Figura 3 (a) Ancho de banda de modulación de -3 dB en función de la densidad de corriente para todos los tamaños de píxeles. (b) Curvas de respuesta de frecuencia de píxeles de 40 μm a 80, 600 y 5000 A/cm2, correspondientes a las longitudes de onda de 640 nm (luz roja), 584 nm (luz amarilla) y 533 nm (luz verde) respectivamente.

Posteriormente, se propuso un esquema de multiplexación por división de longitud de onda multicolor de un solo chip (Figura 4). Se utilizan micro-LED con diferentes longitudes de onda de emisión en el extremo de transmisión de la comunicación de luz visible, y la velocidad de transmisión de datos máxima permitida alcanza los 2,35 Gbps. Este es el primer informe sobre el uso de Micro-LED de luz roja InGaN con sustrato de silicio en comunicación con luz visible. Debido a la alta integración y miniaturización de píxeles, este dispositivo tiene un gran potencial de aplicación en campos como dispositivos de comunicación portátiles y relojes inteligentes, y se espera que reduzca la complejidad de la integración general del sistema en el futuro.

Figura 4 Diagrama esquemático del dispositivo experimental del sistema WDM-OWC.

Enlaces relacionados:

Enlace del artículo:https://doi.org/10.1109/JLT.2023.3261875

Enlace del informe de columna:https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/apr/fudan-210423.shtml