近期，復(fù)旦大學田朋飛課題組通過在藍寶石襯底上制備c-plane 綠光micro-LED，成功實現(xiàn)了高達2.19GHz的調(diào)制帶寬，并通過制備高光功率輸出的micro-LED串聯(lián)器件，結(jié)合正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）技術(shù)和信噪比差額依賴的比特和功率加載算法（SNR Gap-Dependent Bit and Power Loading），實現(xiàn)了在自由空間0.2m傳輸距離條件下最高9.06Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，相關(guān)成果以“Green Micro-LED With a Bandwidth Exceeding 2 GHz for 9-Gbps Visible Light Communication based on SNR Gap-Dependent Bit and Power Loading”為題發(fā)表于《Journal of Lightwave Technology》期刊上。
目前，micro-LED由于其高亮度、低功耗、高調(diào)制帶寬等優(yōu)點，已經(jīng)逐漸被認為是高速可見光通信（Visible light communication, VLC）和AI光互連系統(tǒng)中最有前景的研究方向之一。但之前的研究中，高速VLC主要基于藍光和紅光，傳統(tǒng)的c-plane綠光micro-LED由于受到“Green Gap”問題（高的In成分使得晶體質(zhì)量較差、極化電場較強）的影響，高性能綠光器件的發(fā)展被限制，特別是在如何實現(xiàn)大規(guī)模、低成本的綠光micro-LED器件制備方面，相關(guān)問題仍亟待解決。
表1 近幾年綠光micro-LED相關(guān)性能對比
圖1 9像素的20 μm串聯(lián)綠光Micro-LED陣列示意圖。
針對此，該研究通過應(yīng)力釋放削弱多量子阱層中的量子限制斯塔克效應(yīng)，提高電子/空穴波函數(shù)重疊程度，進而提高載流子復(fù)合速率，最終實現(xiàn)調(diào)制帶寬特性的優(yōu)化。10μm綠光micro-LED的E-E（Electrical to electrical）帶寬為1.27GHz，E-O（Electrical to optical）帶寬為2.19 GHz。為進一步提高發(fā)射器件的光輸出功率，并同時保持與單像素相同的帶寬，該研究設(shè)計制作了串聯(lián)結(jié)構(gòu)micro-LED器件，如圖1所示的 9像素的20 μm串聯(lián)偏置micro-LED陣列。
基于上述高性能micro-LED器件，通過信噪比差額依賴的比特和功率加載算法與OFDM調(diào)制技術(shù)相結(jié)合，該研究進一步開展了自由空間中的VLC系統(tǒng)構(gòu)建以及通信速率研究工作，具體的實驗裝置示意圖如圖2所示，數(shù)據(jù)傳輸速率達9.06Gbps，這是綠光micro-LED在自由空間中所能達到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率。該工作一方面推動了高帶寬綠光micro-LED的發(fā)展，另一方面也證明了其在未來超高速無線光通信和光互連技術(shù)中的應(yīng)用前景。
圖2 Micro-LED光通信系統(tǒng)實驗裝置圖
該工作得到國家重點研發(fā)計劃（2021YFB3601003）的支持，復(fù)旦大學光源與照明工程系靳祖欣為本論文第一作者，通訊作者為田朋飛教授。
論文鏈接：
Green Micro-LED With a Bandwidth Exceeding 2 GHz for 9-Gbps Visible Light Communication based on SNR Gap-Dependent Bit and Power Loading
