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V型凹槽纹理表面可提高InGaN LED峰值响应度

导读: 新加坡研究人员设计出一款波长可选的光侦测器,能够聚焦白光荧光粉所发射的蓝光讯号,从而使白光Li-Fi速度提高4倍…

新加坡科技研究局(A*STAR)和新加坡国立大学(National University of Singapore)的研究人员联手,设计了一款波长可选的光侦测器,它能聚焦白光荧光粉所发射的蓝光讯号,从而使白光光照上网(Light Fidelity;Li-Fi)速度从5MHz提高到20MHz。

尽管涂覆荧光粉的白光LED已经成为明亮照明的主流,但混合物中使用的色彩转换荧光粉在光致发光寿命方面的变化相当大。例如,为了侦测白光在450nm和560nm的时域解析黄色光致荧光光谱(PL),研究人员发现蓝光的衰减时间为1.4ns,较黄光发射的54.4ns更快许多。

这意味着当调节白光使其得以传输数位讯号时,蓝光能以较黄光更快的速度有效地开启和关闭,而宽频的矽(Si)光侦测器最终取得讯号的最慢公分母,减缓上升和下降时间。

为了聚焦于快速的蓝光,研究人员设计了一款窄频的绿光氮化铟镓(InGaN) LED作为接收器。研究人员在发表于《ACS Photonics》期刊的论文(Textured V-Pit Green Light Emitting Diode as a Wavelength-Selective Photodetector for Fast Phosphor-Based White Light Modulation)中详细描述在380nm的波长制造InGaN LED时,具有V型凹槽纹理的表面可提高InGaN LED主动层的峰值响应度。

如同元件的3D时域有限差分(FDTD)模拟,具有纹理的V型凹槽表面由于增加角散射和光路径,从而提高了光吸收量。

V型凹槽纹理表面可提高InGaN LED峰值响应度

(a) 具纹理的p-GaN表面;(b) LED结构的暗场。插图显示具穿透错位(TD)的V型凹槽特写。

研究人员利用金属有机化学气相沉积(MOCVD),在蓝宝石基板上生长LED结构。这种基板是由未掺杂的GaN层、厚度约1μm的Si掺杂n-GaN层、10对InGaN (4nm)/GaN (16nm) QW、40nm厚的镁掺杂AlGaN以及600nm厚的镁掺杂GaN组成。

V型凹槽纹理表面可提高InGaN LED峰值响应度

具纹理的LED结构示意图

LED结构顶部具纹理的表面是由随机分布的六角形V型凹槽(密度约1×109/cm2)组成,具有300nm-500nm的较大调变振幅。借由控制三甲基镓(TMGa)气流,可在生长p-AlGaN层时取得。

研究人员计算出:在420?480nm范围(蓝光)的平均吸收量较具有相同发光波长与主动层厚度的一般平面LED更高2.23倍。具纹理的LED侦测器峰值响应度为0.23A/W,较平面LED侦测器(0.139A/W)更高63%。

这项研究背后的想法是,利用这种蓝光波长可选的光侦测器取代宽频的Si光侦测器,将足以使白光Li-Fi通讯速度提高4倍,而无需更换任何安装的白光LED灯泡和灯具。

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