दृश्य प्रकाश संचार के लिए सिलिकॉन सब्सट्रेट InGaN लाल बत्ती माइक्रो-एलईडी के शोध परिणामों की रिपोर्ट करने के लिए फ़ुडन यूनिवर्सिटी ने पहली बार लैटिस पावर सेमीकंडक्टर के साथ सहयोग किया है।

हाल ही में, फुडन यूनिवर्सिटी और जियांग्शी लैटिस पावर सेमीकंडक्टर ने मल्टी-कलर डिस्प्ले और हाई-स्पीड दृश्यमान प्रकाश संचार में सिलिकॉन-आधारित InGaN रेड लाइट माइक्रो-एलईडी के अनुप्रयोग पर शोध परिणामों पर सहयोग किया। शीर्षक "सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स पर रेड इनगैन माइक्रो-एलईडी: मल्टी कलर डिस्प्ले और वेवलेंथ डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग विजिबल लाइट कम्युनिकेशन के लिए संभावित" ऑप्टिकल संचार के क्षेत्र में शीर्ष अंतरराष्ट्रीय पत्रिका "लाइटवेव टेक्नोलॉजी मैगज़ीन" (आईईईई/ओएसए जर्नल ऑफ लाइटवेव टेक्नोलॉजी) में प्रकाशित हुआ था। ). परिणाम प्रकाशित होने के बाद, प्रसिद्ध अंतरराष्ट्रीय सेमीकंडक्टर उद्योग पत्रिका "सेमीकंडक्टर टुडे" ने "विजिबल लाइट कम्युनिकेशन के लिए रेड इनगैन एलईडी" (दृश्यमान प्रकाश संचार के लिए रेड इनगैन एलईडी) रिपोर्ट शीर्षक से एक कॉलम प्रकाशित किया, जिसमें कहा गया कि "फुडन यूनिवर्सिटी और जियांग्शी लैटिस पावर सेमीकंडक्टर दृश्य प्रकाश संचार के लिए सिलिकॉन सब्सट्रेट पर पहली बार लाल-उत्सर्जक सूक्ष्म-प्रकाश-उत्सर्जक डायोड की सूचना दी गई। टीम ने डिस्प्ले और मल्टी के लिए लाल से हरे रंग की धारा के एक फ़ंक्शन के रूप में विभिन्न आकारों के माइक्रो-एलईडी की तरंग दैर्ध्य/रंग का भी अध्ययन किया। -वेवलेंथ डेटा ट्रांसमिशन।"

चित्र 1 "सेमीकंडक्टर टुडे" रिपोर्ट का स्क्रीनशॉट।

माइक्रो-एलईडी, एक उभरती हुई तकनीक के रूप में, अगली पीढ़ी के उन्नत डिस्प्ले सिस्टम, दृश्य प्रकाश संचार और ऑप्टोजेनेटिक्स में काफी संभावनाएं दिखाती है। परिपक्व हरे और नीले GaN सामग्री प्रणालियों की तुलना में, लाल माइक्रो-एलईडी के विकास को बड़ी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। आमतौर पर लाल एलईडी एल्यूमीनियम इंडियम गैलियम फॉस्फाइड (AlInGaP) सामग्री से बने होते हैं, लेकिन जैसे-जैसे चिप का आकार माइक्रोन स्तर तक सिकुड़ता है, AlInGaP-आधारित माइक्रो-एलईडी की दक्षता काफी कम हो जाएगी। इसके अलावा, AlInGaP मौजूदा GaN-आधारित हरे और नीले एलईडी सामग्री सिस्टम के साथ असंगत है। सैद्धांतिक रूप से, InGaN सामग्री कई क्वांटम कुओं में इंडियम सामग्री को समायोजित करके पूरे दृश्यमान स्पेक्ट्रम को कवर कर सकती है, और इसमें अच्छी यांत्रिक स्थिरता और उच्च संभावित दक्षता होती है, और धीरे-धीरे माइक्रोन-स्तरीय लाल प्रकाश उत्सर्जन के लिए एक आदर्श सामग्री बन जाती है।

वर्तमान में, InGaN लाल माइक्रो-एलईडी ज्यादातर पैटर्न वाले नीलमणि सब्सट्रेट पर उगाए जाते हैं या नीलमणि सब्सट्रेट पर GaN छद्म-सब्सट्रेट पेश करते हैं। यदि ट्रांसफर-प्रिंटेड डिस्प्ले तकनीक पर लागू किया जाता है, तो मूल सब्सट्रेट को हटाने के लिए अपेक्षाकृत महंगी लेजर लिफ्ट-ऑफ प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। महान व्यावसायिक अनुप्रयोग क्षमता वाले विकास सब्सट्रेट के रूप में, सिलिकॉन कम विनिर्माण लागत पर बड़े क्षेत्र, उच्च गुणवत्ता वाले वेफर्स प्राप्त कर सकता है। हालाँकि, अब तक, सिलिकॉन सब्सट्रेट InGaN रेड माइक्रो-एलईडी पर कुछ रिपोर्टें हैं, जिनमें इसके डिवाइस प्रदर्शन और एप्लिकेशन फ़ील्ड पर विस्तृत शोध का अभाव है।

इस उद्देश्य के लिए, अनुसंधान टीम ने अनुसंधान वस्तु के रूप में सिलिकॉन सब्सट्रेट InGaN लाल माइक्रो-एलईडी का चयन किया और बहु-रंग प्रदर्शन और बहु-तरंग दैर्ध्य डेटा ट्रांसमिशन (चित्रा 2) प्राप्त करने के लिए वर्तमान वृद्धि के रूप में विभिन्न आकारों के पिक्सल के तरंग दैर्ध्य / रंग परिवर्तनों का विश्लेषण किया। ). पिक्सेल आकार को समायोजित करने और करंट इंजेक्ट करने से, एक महत्वपूर्ण नीली शिफ्ट घटना देखी गई, जिसमें तरंग दैर्ध्य लाल रोशनी से हरी रोशनी में स्थानांतरित हो गई। 100 ए/सेमी2 के उच्च वर्तमान घनत्व पर, सभी पिक्सेल की शिखर तरंग दैर्ध्य 630 एनएम से अधिक है, जो उन अनुप्रयोग परिदृश्यों को पूरा कर सकता है जिनके लिए उच्च वर्तमान घनत्व की आवश्यकता होती है, जैसे संवर्धित वास्तविकता, आभासी वास्तविकता और अन्य क्षेत्र। जैसे-जैसे वर्तमान घनत्व बढ़ता है, सीआईई निर्देशांक भी लाल प्रकाश क्षेत्र से हरे प्रकाश क्षेत्र में स्थानांतरित हो जाते हैं, जो एक व्यापक रंग सरगम ​​​​दिखाता है। एकल-चिप, बहु-रंग माइक्रो-एलईडी डिस्प्ले में इसकी अनुप्रयोग क्षमता को प्रदर्शित करते हुए, कर्तव्य चक्र को समायोजित करके समान चमक के साथ बहु-रंग प्रकाश उत्सर्जन प्राप्त किया जाता है। इसके बाद, 80 माइक्रोन पिक्सेल की प्रदर्शन विशेषताओं पर विस्तार से चर्चा की गई। 2 ए/सेमी2 के कम वर्तमान घनत्व पर, ईक्यूई 0.19% तक पहुंच गया, और 100ए/सेमी2 के वर्तमान घनत्व पर, ईक्यूई 0.14% था।

चित्र 2 (ए) शीर्ष-उत्सर्जक माइक्रो-एलईडी डिवाइस की संरचना का योजनाबद्ध आरेख; (बी) तैयार 20μm लाल बत्ती पिक्सेल की SEM फोटो; (सी) 20 ए/सेमी2 के वर्तमान घनत्व पर 80 माइक्रोन लाल पिक्सेल का ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप फोटो।

शोधकर्ताओं ने विभिन्न आकारों के लाल पिक्सल के संचार प्रदर्शन का परीक्षण किया और पाया कि सिलिकॉन सब्सट्रेट पर InGaN लाल माइक्रो-एलईडी (100 माइक्रोन से कम आकार) की मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ 400 मेगाहर्ट्ज से अधिक है, जो उन्हें डेटा ट्रांसमिशन के लिए बहुत उपयुक्त बनाती है (चित्र 3) . 40μm पिक्सेल के लिए, लाल बत्ती, पीली रोशनी और हरी रोशनी उत्सर्जित करते समय प्राप्त की जा सकने वाली अधिकतम मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ क्रमशः 112.67 मेगाहर्ट्ज, 126.38 मेगाहर्ट्ज और 533.15 मेगाहर्ट्ज है। उनमें से, हरे रंग की रोशनी उत्सर्जित होने पर प्राप्त मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ अब तक रिपोर्ट किए गए रंग-ट्यून करने योग्य माइक्रो-एलईडी की रिकॉर्ड बैंडविड्थ है, जो बहु-रंग दृश्य प्रकाश संचार में इसके विशाल फायदे को प्रदर्शित करता है।

चित्र 3 (ए) सभी पिक्सेल आकारों के लिए वर्तमान घनत्व के एक फ़ंक्शन के रूप में -3 ​​डीबी मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ। (बी) 80, 600 और 5000 ए/सेमी2 पर 40μm पिक्सेल की आवृत्ति प्रतिक्रिया वक्र, क्रमशः 640 एनएम (लाल रोशनी), 584 एनएम (पीली रोशनी) और 533 एनएम (हरी रोशनी) की तरंग दैर्ध्य के अनुरूप।

इसके बाद, एक सिंगल-चिप, मल्टी-कलर वेवलेंथ डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग योजना प्रस्तावित की गई (चित्र 4)। विभिन्न उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य वाले माइक्रो-एलईडी का उपयोग दृश्य प्रकाश संचार के संचारित अंत में किया जाता है, अधिकतम अनुमत ट्रांसमिशन डेटा दर 2.35 जीबीपीएस तक पहुंचती है। दृश्य प्रकाश संचार में उपयोग किए जा रहे सिलिकॉन सब्सट्रेट InGaN लाल बत्ती माइक्रो-एलईडी की यह पहली रिपोर्ट है। पिक्सल के उच्च एकीकरण और लघुकरण के कारण, इस डिवाइस में पहनने योग्य संचार उपकरणों और स्मार्ट घड़ियों जैसे क्षेत्रों में महान अनुप्रयोग क्षमता है, और भविष्य में समग्र सिस्टम एकीकरण की जटिलता को कम करने की उम्मीद है।

चित्र 4 WDM-OWC प्रणाली के प्रायोगिक उपकरण का योजनाबद्ध आरेख।

सम्बंधित लिंक्स:

पेपर लिंक:https://doi.org/10.1109/JLT.2023.3261875

कॉलम रिपोर्ट लिंक:https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/apr/fudan-210423.shtml