L'Université de Fudan coopère avec Lattice Power Semiconductor pour rapporter pour la première fois les résultats de recherche sur le substrat de silicium InGaN à lumière rouge Micro-LED pour la communication en lumière visible

Récemment, l'Université de Fudan et Jiangxi Lattice Power Semiconductor ont collaboré aux résultats de recherche sur l'application des micro-LED à lumière rouge InGaN à base de silicium dans les écrans multicolores et les communications à lumière visible à grande vitesse. Le titre « Red InGaN Micro-LEDs on Silicon Substrates: Potential for Multicolor Display and Wavelength Division Multiplexing Visible Light Communication » a été publié dans la principale revue internationale dans le domaine des communications optiques « Lightwave Technology Magazine » (IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology ). Après la publication des résultats, le célèbre magazine international de l'industrie des semi-conducteurs "Semiconductor Today" a publié une chronique intitulée "Red InGaN LEDs for visible light communication" (Red InGaN LEDs for visible light communication), rapportant que "l'Université de Fudan et Jiangxi Lattice Power Semiconductor a signalé pour la première fois des micro-diodes électroluminescentes émettant du rouge sur des substrats de silicium pour les communications en lumière visible. L'équipe a également étudié la longueur d'onde/couleur des micro-LED de différentes tailles en fonction du courant du rouge au vert pour l'affichage et le multi. -transmission de données en longueur d'onde.

Figure 1 Capture d'écran du rapport « Semiconductor Today ».

La micro-LED, en tant que technologie émergente, présente un grand potentiel dans les systèmes d'affichage avancés de nouvelle génération, les communications par lumière visible et l'optogénétique. Comparé aux systèmes de matériaux GaN verts et bleus matures, le développement de micro-LED rouges est confronté à d'énormes défis. Généralement, les LED rouges sont constituées d'un matériau de phosphure d'aluminium et d'indium-gallium (AlInGaP), mais à mesure que la taille de la puce diminue jusqu'au niveau du micron, l'efficacité des micro-LED à base d'AlInGaP diminuera considérablement. De plus, AlInGaP est incompatible avec les systèmes de matériaux LED verts et bleus existants à base de GaN. Théoriquement, les matériaux InGaN peuvent couvrir l'ensemble du spectre visible en ajustant la teneur en indium dans plusieurs puits quantiques, et avoir une bonne stabilité mécanique et une efficacité potentielle plus élevée, et devenir progressivement un matériau idéal pour l'émission de lumière rouge au niveau du micron.

Actuellement, les micro-LED rouges InGaN sont principalement cultivées sur des substrats en saphir à motifs ou introduisent des pseudo-substrats GaN sur des substrats en saphir. S'il est appliqué à la technologie d'affichage imprimé par transfert, un processus de décollage laser relativement coûteux est nécessaire pour retirer le substrat natif. En tant que substrat de croissance présentant un grand potentiel d’application commerciale, le silicium permet d’obtenir des tranches de grande surface et de haute qualité à de faibles coûts de fabrication. Cependant, jusqu'à présent, il existe peu de rapports sur le substrat de silicium InGaN Red Micro-LED, faute de recherches détaillées sur les performances de ses dispositifs et ses domaines d'application.

À cette fin, l'équipe de recherche a sélectionné le substrat de silicium InGaN Red Micro-LED comme objet de recherche et a analysé les changements de longueur d'onde/couleur de pixels de différentes tailles à mesure que le courant augmente pour obtenir un affichage multicolore et une transmission de données multi-longueurs d'onde (Figure 2). ). En ajustant la taille des pixels et en injectant du courant, un phénomène significatif de décalage vers le bleu a été observé, la longueur d'onde passant de la lumière rouge à la lumière verte. À une densité de courant élevée de 100 A/cm2, la longueur d'onde maximale de tous les pixels dépasse 630 nm, ce qui peut répondre à des scénarios d'application nécessitant une densité de courant élevée, tels que la réalité augmentée, la réalité virtuelle et d'autres domaines. À mesure que la densité de courant augmente, les coordonnées CIE passent également de la zone de lumière rouge à la zone de lumière verte, affichant une gamme de couleurs plus large. L'émission de lumière multicolore avec une luminosité uniforme est obtenue en ajustant le cycle de service, démontrant son potentiel d'application dans les écrans micro-LED multicolores à puce unique. Par la suite, les caractéristiques d’affichage du pixel de 80 µm ont été discutées en détail. À une faible densité de courant de 2 A/cm2, l'EQE atteignait 0,19 %, et à une densité de courant de 100 A/cm2, l'EQE était de 0,14 %.

Figure 2 (a) Diagramme schématique de la structure d'un dispositif Micro-LED à émission supérieure ; (b) Photo SEM du pixel de lumière rouge préparé de 20 µm ; (c) Photo au microscope optique d’un pixel rouge de 80 μm à une densité de courant de 20 A/cm2.

Les chercheurs ont en outre testé les performances de communication de pixels rouges de différentes tailles et ont découvert que la bande passante de modulation des micro-LED rouges InGaN (taille inférieure à 100 μm) sur des substrats de silicium dépassait 400 MHz, ce qui les rend très adaptées à la transmission de données (Figure 3). . Pour un pixel de 40 μm, la bande passante de modulation maximale pouvant être atteinte lors de l'émission de lumière rouge, de lumière jaune et de lumière verte est respectivement de 112,67 MHz, 126,38 MHz et 533,15 MHz. Parmi eux, la bande passante de modulation obtenue lorsque la lumière verte est émise constitue la bande passante record des micro-LED à couleur réglable signalée jusqu'à présent, démontrant ses énormes avantages dans les communications en lumière visible multicolore.

Figure 3 (a) Bande passante de modulation -3 dB en fonction de la densité de courant pour toutes les tailles de pixels. (b) Courbes de réponse en fréquence de pixels de 40 μm à 80, 600 et 5 000 A/cm2, correspondant aux longueurs d'onde de 640 nm (lumière rouge), 584 nm (lumière jaune) et 533 nm (lumière verte) respectivement.

Par la suite, un schéma de multiplexage par répartition en longueur d'onde multicolore à puce unique a été proposé (Figure 4). Des micro-LED avec différentes longueurs d'onde d'émission sont utilisées à l'extrémité de transmission de la communication en lumière visible, le débit de données de transmission maximum autorisé atteignant 2,35 Gbit/s. Il s’agit du premier rapport sur l’utilisation de micro-LED à lumière rouge InGaN à substrat de silicium dans la communication en lumière visible. En raison de la forte intégration et de la miniaturisation des pixels, cet appareil présente un grand potentiel d'application dans des domaines tels que les appareils de communication portables et les montres intelligentes, et devrait réduire la complexité de l'intégration globale du système à l'avenir.

Figure 4 Diagramme schématique du dispositif expérimental du système WDM-OWC.

Liens connexes:

Lien papier :https://doi.org/10.1109/JLT.2023.3261875

Lien du rapport en colonne :https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/apr/fudan-210423.shtml