Fudan Üniversitesi, görünür ışık iletişimi için silikon substrat InGaN kırmızı ışık Mikro-LED'inin araştırma sonuçlarını ilk kez raporlamak için Lattice Power Semiconductor ile işbirliği yapıyor

Son zamanlarda Fudan Üniversitesi ve Jiangxi Lattice Power Semiconductor, silikon bazlı InGaN kırmızı ışık Mikro-LED'in çok renkli ekranlarda ve yüksek hızlı görünür ışık iletişiminde uygulanmasına ilişkin araştırma sonuçları üzerinde işbirliği yaptı. "Silikon Yüzeylerdeki Kırmızı InGaN Mikro LED'ler: Çok Renkli Ekran ve Dalgaboyu Bölmeli Çoğullama Görünür Işık İletişimi Potansiyeli" başlığı, optik iletişim alanında en iyi uluslararası dergi olan "Lightwave Technology Magazine" (IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology) dergisinde yayınlandı ). Sonuçların yayınlanmasının ardından, ünlü uluslararası yarı iletken endüstrisi dergisi "Semiconductor Today", "Görünür ışık iletişimi için Red InGaN LED'ler" (görünür ışık iletişimi için Red InGaN LED'ler) başlıklı bir sütun yayınladı ve "Fudan Üniversitesi ve Jiangxi Lattice Power Semiconductor" raporunu yayınladı. Ekip ayrıca, görünür ışık iletişimi için silikon yüzeyler üzerinde kırmızı yayan mikro ışık yayan diyotları rapor etti. Ekip ayrıca, görüntüleme ve çoklu görüntüleme için kırmızıdan yeşile akımın bir fonksiyonu olarak çeşitli boyutlardaki mikro LED'lerin dalga boyunu/rengini de inceledi. -dalga boyu veri iletimi."

Şekil 1 "Bugün Yarıiletken" raporunun ekran görüntüsü.

Mikro-LED, gelişen bir teknoloji olarak, yeni nesil gelişmiş görüntüleme sistemleri, görünür ışık iletişimi ve optogenetik alanlarında büyük potansiyel göstermektedir. Olgun yeşil ve mavi GaN malzeme sistemleriyle karşılaştırıldığında kırmızı Mikro LED'lerin geliştirilmesi büyük zorluklarla karşı karşıyadır. Genellikle kırmızı LED'ler alüminyum indiyum galyum fosfit (AlInGaP) malzemeden yapılır, ancak çip boyutu mikron seviyesine küçüldükçe AlInGaP tabanlı Mikro LED'lerin verimliliği önemli ölçüde azalacaktır. Ayrıca AlInGaP, mevcut GaN tabanlı yeşil ve mavi LED malzeme sistemleriyle uyumlu değildir. Teorik olarak InGaN malzemeleri, birden fazla kuantum kuyusunda indiyum içeriğini ayarlayarak görünür spektrumun tamamını kapsayabilir ve iyi bir mekanik stabiliteye ve daha yüksek potansiyel verime sahip olabilir ve giderek mikron seviyesinde kırmızı ışık emisyonu için ideal bir malzeme haline gelebilir.

Şu anda, InGaN kırmızı Mikro LED'ler çoğunlukla desenli safir substratlar üzerinde büyütülüyor veya safir substratlar üzerine GaN sahte substratlar ekliyor. Transfer baskılı görüntüleme teknolojisine uygulandığında, yerel alt tabakayı çıkarmak için nispeten pahalı bir lazer kaldırma işlemi gerekir. Büyük ticari uygulama potansiyeline sahip bir büyüme substratı olarak silikon, düşük üretim maliyetleriyle geniş alanlı, yüksek kaliteli levhalar elde edebilir. Ancak şu ana kadar silikon substrat InGaN kırmızı Mikro LED hakkında çok az rapor var ve cihazın performansı ve uygulama alanları hakkında ayrıntılı araştırmalar eksik.

Bu amaçla araştırma ekibi, araştırma nesnesi olarak silikon substrat InGaN kırmızı Mikro-LED'i seçti ve çok renkli ekran ve çok dalga boylu veri iletimi elde etmek için akım arttıkça farklı boyutlardaki piksellerin dalga boyu/renk değişimlerini analiz etti (Şekil 2). ). Piksel boyutunun ayarlanması ve akımın enjekte edilmesiyle, dalga boyunun kırmızı ışıktan yeşil ışığa kaymasıyla birlikte önemli bir maviye kayma olgusu gözlemlendi. 100 A/cm2'lik yüksek akım yoğunluğunda, tüm piksellerin tepe dalga boyu 630 nm'yi aşıyor; bu da artırılmış gerçeklik, sanal gerçeklik ve diğer alanlar gibi yüksek akım yoğunluğu gerektiren uygulama senaryolarını karşılayabiliyor. Akım yoğunluğu arttıkça CIE koordinatları da kırmızı ışık alanından yeşil ışık alanına kayarak daha geniş bir renk gamı ​​gösterir. Tek çipli, çok renkli mikro LED ekranlardaki uygulama potansiyelini gösteren, görev döngüsünün ayarlanmasıyla tekdüze parlaklığa sahip çok renkli ışık emisyonu elde edilir. Daha sonra 80 μm pikselin görüntü özellikleri detaylı olarak ele alındı. 2 A/cm2'lik düşük bir akım yoğunluğunda EQE %0,19'a ulaştı ve 100A/cm2'lik bir akım yoğunluğunda EQE %0,14 oldu.

Şekil 2 (a) Üstten ışık yayan Mikro-LED cihazının yapısının şematik diyagramı; (b) Hazırlanan 20μm kırmızı ışık pikselinin SEM fotoğrafı; (c) 20 A/cm2 akım yoğunluğunda 80 μm kırmızı pikselin optik mikroskop fotoğrafı.

Araştırmacılar ayrıca farklı boyutlardaki kırmızı piksellerin iletişim performansını da test ettiler ve silikon substratlar üzerindeki InGaN kırmızı Mikro LED'lerin (boyutu 100 μm'den küçük) modülasyon bant genişliğinin 400 MHz'i aştığını ve bu durumun onları veri iletimi için çok uygun hale getirdiğini buldular (Şekil 3). . 40μm piksel için kırmızı ışık, sarı ışık ve yeşil ışık yayarken elde edilebilecek maksimum modülasyon bant genişliği sırasıyla 112,67 MHz, 126,38 MHz ve 533,15 MHz'dir. Bunlar arasında, yeşil ışık yayıldığında elde edilen modülasyon bant genişliği, şu ana kadar bildirilen renk ayarlı Mikro LED'lerin rekor bant genişliğidir ve bu, çok renkli görünür ışık iletişiminde büyük avantajlarını ortaya koymaktadır.

Şekil 3 (a) Tüm piksel boyutları için akım yoğunluğunun bir fonksiyonu olarak -3dB modülasyon bant genişliği. (b) Sırasıyla 640 nm (kırmızı ışık), 584 nm (sarı ışık) ve 533 nm (yeşil ışık) dalga boylarına karşılık gelen, 80, 600 ve 5000 A/cm2'de 40μm piksellik frekans tepki eğrileri.

Daha sonra tek çipli, çok renkli bir dalga boyu bölmeli çoğullama şeması önerildi (Şekil 4). Görünür ışık iletişiminin iletim ucunda farklı emisyon dalga boylarına sahip mikro LED'ler kullanılır ve izin verilen maksimum iletim veri hızı 2,35 Gbps'ye ulaşır. Bu, görünür ışık iletişiminde kullanılan silikon substrat InGaN kırmızı ışıklı Mikro LED'in ilk raporudur. Piksellerin yüksek düzeyde entegrasyonu ve minyatürleştirilmesi nedeniyle bu cihazın, giyilebilir iletişim cihazları ve akıllı saatler gibi alanlarda büyük uygulama potansiyeli var ve gelecekte genel sistem entegrasyonunun karmaşıklığını azaltması bekleniyor.

Şekil 4 WDM-OWC sisteminin deneysel cihazının şematik diyagramı.

İlgili Bağlantılar:

Kağıt bağlantısı:https://doi.org/10.1109/JLT.2023.3261875

Sütun raporu bağlantısı:https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/apr/fudan-210423.shtml