CINNO Research产业资讯,业界常识,工作在200 nm至280 nm UVC波段的LED一直都受制于输出功率的提升。不过,这一瓶颈限制有望被打破,这要归功于北京大学领导的中国团队,他们的研究成果为标准尺寸UVC芯片输出功率的提升开辟了新天地。目前,该团队开发出的效率最好的UVC LED器件是一个16 x 16阵列的Micro-LED,其所发出光波长为280 nm,在230mA电流驱动下可输出80mW功率。

 

根据外媒Compound Semiconductor报道,根据该团队发言人Xinqiang Wang的说法,这些LED之所以可以发出如此高强度的光源自其高注入电流状态下的超高墙插效率(Wall-plug efficiency)。

 

 

“目前,工作在265-280nm深紫外波段、最先进的平面型LED通常只有在注入电流密度非常小时才能获得较为理想的墙插效率,”Wang说道。因此,传统UVC器件一般只能提供低功率的光输出。

 

“在我们的研究中,这种平面型Micro-LED阵列的光输出功率和墙插效率在注入电流密度大于700 A cm-2时达到了最大值,显然这样的工作状态非常适合实际应用,”Wang 补充道。

 

除了适用于UVC LED经常讨论的许多应用(例如消毒和光固化)外,它们还可以用于自由空间通信,这要归功于它们的高调制速度。

 

该团队研发出的UVC LED,其发射波长为280 nm,位于日盲区(Solar Blind region)内,基于这一波段的通信技术刚好可以规避传统环境光干扰的问题。另外,这种短波长光还有一个优点,那就是它允许非视距通信,因为它可以在充满气体分子和气溶胶的环境中散射。

 

Wang及其同事开发的平面型LED阵列具有多种功能,有助于提高光输出功率和墙插效率。具体来看,为了减少p型欧姆接触对光的吸收,他们在p-GaN的顶部引入了一种微接触,另外为了保证输出光的各向同性,研究人员还在这一圆柱形Mesa上涂布了一层铝。此外,研究人员在设计时,还提高了电流分布均匀性、减小发光区域以支持更高电流密度驱动、减小Mesa尺寸以降低应力。

 

该团队目前已经开发了一系列Micro-LED器件:一个16 x 16的Micro-LED阵列,每颗LED芯片的直径25 µm;一个8 x 8 的Micro-LED阵列,每颗LED芯片的直径50 µm;一个4 x 4 的Micro-LED阵列,每颗LED芯片的直径100 µm;一个2 x 2 的Micro-LED阵列,每颗LED芯片的直径200 µm;所有这些阵列器件的发光面积都为0.125mm2。

 

经过测试,上述直径25um的16 x 16阵列的Micro-LED器件,其在1150 A cm-2的注入电流密度下仍可以输出83.5 mW的功率,另外它的墙插效率在注入电流达到775 A cm-2时也达到了 峰值——4.7%。之所以有如此大的性能提升,根本原因还是研究人员实施了一些减少光吸收、提高注入电流密度均匀性的措施。

 

对于日盲区的光通信应用前景,这种Micro-LED阵列器件希望非常大,首先这种器件的尺寸非常小,非常适合在长距离通信中实现高调制带宽,另外也是最重要的,它可以在高注入电流密度下实现高光输出功率。使用正交频分复用技术对该器件进行的测量,结果表明在误码率为1.3 x 10-2的情况下,数据速率可以达到1 Gbit/s。

 

据介绍,该团队的下一个目标之一是制造尺寸更小的平面型Micro-LED平行阵列器件,例如 1或2微米,当然他们还有一个目标就是推动这种Micro-LED结构器件的商业化。