与传统的可见光通信相比，深紫外 (DUV) 日盲通信 (SBC) 显示出非视距传播和背景噪声可忽略不计的明显优势。基于 AlGaN 的 DUV 微型发光二极管 (μ-LED) 因其体积小、功耗低和调制带宽高而成为 DUV-SBC 光源的绝佳候选者。长距离 DUV-SBC 系统要求光源同时具有高输出功率、高调制带宽和高速率。这种装置很少被报道。
在此，来自北京大学的科学家Xinqiang Wang等人研发了一种同时具有高输出功率和高调制带宽的深紫外 micro-LED。相关论文以“Deep ultraviolet micro-LEDs exhibiting high output power and high modulation bandwidth simultaneously”为题于2022年03月17日发表在Advance Materials上。
图 1. a) 台面区域横截面示意图。b) PAP-0101、PAP0202、PAP-0404 和 PAP-0808 的平面图。c) 模拟归一化 LOP 作为台面直径的函数而变化。d) PAP-0101、PAP-0202、PAP-0404 和 PAP-0808 的模拟 LOP 分布。
研究人员在这里提出了一种平行阵列平面 (PAP) 方法来满足这些要求。通过将主动发射台面的尺寸减小到微米级，由于其均匀的注入电流和增强的平面各向同性发光，已经创建了具有超高功率密度的 DUV μ-LED。他们制造了直径为 25 μm 的互连 PAP μ-LED。该器件的输出功率为 83.5 mW，密度为 405 W/cm在 230 mA 时为2，在 155 mA 时的墙插效率 (WPE) 为 4.7%，以及 380 MHz 的高 -3 dB 调制带宽。卓越的高输出功率和效率使这些设备成为开发高调制带宽无线通信和满足生物消除要求的可靠.
图 2. a) 外延结构示意图和 b) DUV-LED 的横截面透射电子显微镜图像。c) 不同注入电流下的 EL 光谱。发射波长为279nm。d) PAP-0101、PAP-0202、PAP-0404 和 PAP-0808 的光学显微镜图像。每个图像中显示的比例尺为 200 μm。
总之，通过将台面直径减小到 25 μm，在独立台面 DUV μ-LED 中实现了超过 400 W/cm2 的超高功率密度。然后，通过互连 16×16 25-μm 直径的台面形成 PAP-0101 DUV μ-LED，在超过 1000 A/cm2 的电流密度下，由于光的抑制，在 230 mA 时实现了 83.5 mW 的显着 LOP 吸收损失和均匀的注入电流分布。此外，155mA（775A/cm2）大电流下的WPE高达4.7%。最后，成功建立了基于PAP-0101 DUV μ-LEDs的日盲通信系统，调制带宽为380MHz-3dB。我们的研究结果表明，高性能 PAP μ-LED 是实现片上多功能杀菌共通信 DUV-LED 的绝佳候选者，并有望进一步倡导用于光电应用的 III 族氮化物材料。
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