通信与照明两用多基色LED频率响应特性调控研究
批准号:
62074072
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
王光绪
依托单位:
学科分类:
半导体光电子器件与集成
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王光绪
中文摘要
可见光通信技术和照明相融合,未来进入千家万户。LED作为核心器件,存在电-光调制带宽小且与光效存在矛盾等问题。多基色LED具有无荧光粉、高光效、波分多路通信的特点,不仅是智能照明的光源选择,且是高速可见光通信的发射器,面临多基色LED光效及带宽发展不平衡,本项目拟对多基色硅基LED的频率响应特性进行研究,利用硅衬底GaN基LED在长波长黄绿光外延材料及垂直结构芯片制造的优势技术基础,构建“外延技术创新-载流子输运-载流子复合几率及寿命-电光转换效率及电光响应速度”的关系链,提出利用V坑减短载流子输运路径的学术思想并研究低寄生电容的GaN基LED外延结构。研究清楚GaN基LED中载流子寿命及输运机制和寄生效应对频率响应特性的影响机制这两个科学问题。研制出高光效、高调制带宽的功率型多基色(蓝、青、绿、黄、橙、红) LED,为能够满足照明需求的高速可见光通信提供核心器件,并实现产业化应用。
英文摘要
The integration of visible light communication and lighting will enter millions of households in the future. As a core device, LED has problems such as a small electro-optical modulation bandwidth and contradiction with light efficiency. Color-Mixed LEDs have the characteristics of no phosphor, high light efficiency, and wavelength division multiplex communication. Color-Mixed LEDs are not only the source of intelligent lighting, but also the transmitter of high-speed visible light communication. Facing the imbalanced development of light efficiency and bandwidth of color-mixed LEDs, this project studies the frequency response characteristics of color-mixed GaN-based LEDs grown on silicon substrate. Make full use of the advantages of silicon substrate GaN-based LEDs of long-wavelength yellow-green and vertical structure chip manufacturing, building a relationship of "epitaxial technology innovation - carrier transport-carrier recombination probability and lifetime - electro-optical conversion efficiency and electro-optic response Speed ". This project proposes the academic idea of using a V-pit to shorten the carrier transport path and research the GaN-based LED epitaxial structure with low parasitic capacitance. The purpose is to study the two scientific issues of carrier lifetime and transport mechanism and the effect of parasitic effects on frequency response characteristics in GaN-based LEDs. Developed power Color-Mixed (blue, cyan, green, yellow, orange, red) LEDs with high luminous efficiency and high modulation bandwidth, providing core components for high-speed visible light communications that can meet lighting requirements, and realize industrial applications.
可见光通信技术作为新一代信息技术,面向国家科技创新重大需求,战略意义重大。LED作为目前主流照明光源器件,具有易耦合性、安全性以及低成本的优势,可作为可见光通信的核心光发射器件,具有显著应用潜力。然而,现有无荧光粉LED器件的-3dB带宽仅为10MHz量级,荧光粉型LED的响应时间更是达到微秒级,均难以兼顾高速通信和高光效照明的需求。本项目针对通信与照明两用多基色LED展开研究,自主搭建了LED可见光通信频率响应测试系统,开发了一套LED器件关键电学参数表征方法,并建立了一套LED频率响应特性模拟仿真方法。为研究制约LED调制带宽提升的关键瓶颈问题,本项目结合实验测试与模拟仿真,系统性研究了外延结构、芯片特征、封装特征对LED调制带宽与光电性能影响规律,研究结果表明:.①芯片特征对LED频率响应特性影响较大,垂直结构LED芯片由于具有更小RC时间常数,相对于正装结构与倒装结构LED芯片,从而具有更高的调制带宽;小尺寸LED芯片由于具有更小的结电容,相对于大尺寸芯片具有更佳的光通信应用潜力;电极面积更小的LED芯片具有更小的电容,从而表现出更好的频率响应特性。.②外延结构对LED频率响应特性影响明显,减小p-GaN中Mg掺杂浓度可以降低了LED载流子复合寿命,提高LED的调制带宽;通过实验与仿真揭示了LED外延材料中V坑结构对频率响应特性的影响机制,验证了V坑结构对LED高频信号响应具有重要作用。.③若无引入明显的光信号(荧光粉)和电信号(电学器件)影响因素,LED封装特征对频率响应性能影响较小。荧光粉会引入明显的信号波动,降低LED响应速率;焊接金线长度和封装支架对LED器件的频率响应性能影响较小。.本项目基于上述研究结论,设计了系列高光效、高调制带宽的多基色LED器件,与复旦大学合作搭建了高速可见光通信系统,并将黄光、绿光LED光通信速率达到了国际领先水平。
超高反射率的Ag基欧姆接触层与p-GaN表面改性的协同研究
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批准号:61604066
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2016
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负责人:王光绪
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依托单位:
国内基金
海外基金