Micro-LED | 中國團(tuán)隊開發(fā)出光波長280 nm，可輸出80mW功率的高效UVC LED器件

CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，業(yè)界常識，工作在200 nm至280 nm UVC波段的LED一直都受制于輸出功率的提升。不過，這一瓶頸限制有望被打破，這要歸功于北京大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的中國團(tuán)隊，他們的研究成果為標(biāo)準(zhǔn)尺寸UVC芯片輸出功率的提升開辟了新天地。目前，該團(tuán)隊開發(fā)出的效率最好的UVC LED器件是一個16 x 16陣列的Micro-LED，其所發(fā)出光波長為280 nm，在230mA電流驅(qū)動下可輸出80mW功率。

根據(jù)外媒Compound Semiconductor報道，根據(jù)該團(tuán)隊發(fā)言人Xinqiang Wang的說法，這些LED之所以可以發(fā)出如此高強(qiáng)度的光源自其高注入電流狀態(tài)下的超高墻插效率（Wall-plug efficiency）。

“目前，工作在265-280nm深紫外波段、最先進(jìn)的平面型LED通常只有在注入電流密度非常小時才能獲得較為理想的墻插效率，”Wang說道。因此，傳統(tǒng)UVC器件一般只能提供低功率的光輸出。

“在我們的研究中，這種平面型Micro-LED陣列的光輸出功率和墻插效率在注入電流密度大于700 A cm-2時達(dá)到了最大值，顯然這樣的工作狀態(tài)非常適合實際應(yīng)用，”Wang 補(bǔ)充道。

除了適用于UVC LED經(jīng)常討論的許多應(yīng)用（例如消毒和光固化）外，它們還可以用于自由空間通信，這要歸功于它們的高調(diào)制速度。

該團(tuán)隊研發(fā)出的UVC LED，其發(fā)射波長為280 nm，位于日盲區(qū)（Solar Blind region）內(nèi)，基于這一波段的通信技術(shù)剛好可以規(guī)避傳統(tǒng)環(huán)境光干擾的問題。另外，這種短波長光還有一個優(yōu)點，那就是它允許非視距通信，因為它可以在充滿氣體分子和氣溶膠的環(huán)境中散射。

Wang及其同事開發(fā)的平面型LED陣列具有多種功能，有助于提高光輸出功率和墻插效率。具體來看，為了減少p型歐姆接觸對光的吸收，他們在p-GaN的頂部引入了一種微接觸，另外為了保證輸出光的各向同性，研究人員還在這一圓柱形Mesa上涂布了一層鋁。此外，研究人員在設(shè)計時，還提高了電流分布均勻性、減小發(fā)光區(qū)域以支持更高電流密度驅(qū)動、減小Mesa尺寸以降低應(yīng)力。

該團(tuán)隊目前已經(jīng)開發(fā)了一系列Micro-LED器件：一個16 x 16的Micro-LED陣列，每顆LED芯片的直徑25 µm；一個8 x 8 的Micro-LED陣列，每顆LED芯片的直徑50 µm；一個4 x 4 的Micro-LED陣列，每顆LED芯片的直徑100 µm；一個2 x 2 的Micro-LED陣列，每顆LED芯片的直徑200 µm；所有這些陣列器件的發(fā)光面積都為0.125mm2。

經(jīng)過測試，上述直徑25um的16 x 16陣列的Micro-LED器件，其在1150 A cm-2的注入電流密度下仍可以輸出83.5 mW的功率，另外它的墻插效率在注入電流達(dá)到775 A cm-2時也達(dá)到了 峰值——4.7%。之所以有如此大的性能提升，根本原因還是研究人員實施了一些減少光吸收、提高注入電流密度均勻性的措施。

對于日盲區(qū)的光通信應(yīng)用前景，這種Micro-LED陣列器件希望非常大，首先這種器件的尺寸非常小，非常適合在長距離通信中實現(xiàn)高調(diào)制帶寬，另外也是最重要的，它可以在高注入電流密度下實現(xiàn)高光輸出功率。使用正交頻分復(fù)用技術(shù)對該器件進(jìn)行的測量，結(jié)果表明在誤碼率為1.3 x 10-2的情況下，數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到1 Gbit/s。

據(jù)介紹，該團(tuán)隊的下一個目標(biāo)之一是制造尺寸更小的平面型Micro-LED平行陣列器件，例如 1或2微米，當(dāng)然他們還有一個目標(biāo)就是推動這種Micro-LED結(jié)構(gòu)器件的商業(yè)化。