使用立方 GaN LED 進行高速通信

Kubos Semiconductors Ltd. 是一家基于立方氮化鎵的 LED 開發(fā)商，與曼徹斯特大學(xué)和劍橋大學(xué)的研究人員合作，確定了 Kubos 的專有材料在提供能夠以比六方晶相生產(chǎn)的 LED 更快的速度切換的 LED 的潛力。

Kubos 正在努力改進其立方GaN 技術(shù)，以制造更高效的綠色、琥珀色和紅色 LED 以及紅色 microLED，用于各種照明和顯示應(yīng)用。根據(jù) Kubos 的說法，其大幅減少與固態(tài)照明相關(guān)的碳排放的潛力已廣為人知，這可能每年減少多達 120 兆噸的 CO 2排放，相當(dāng)于 32 個燃煤的排放量。發(fā)電廠。然而，在通信應(yīng)用中提供更快的開關(guān)速度方面扮演次要角色的能力是革命性的。

Kubos Semiconductors 首席執(zhí)行官 Caroline O'Brien

Kubos Semiconductors 首席執(zhí)行官 Caroline O'Brien 在接受 Power Electronics News 采訪時強調(diào)，Kubos 已經(jīng)展示了立方 GaN 材料的所有關(guān)鍵元素，包括消除限制了量子限制的斯塔克效應(yīng) (QCSE)。六邊形 GaN LED 的效率。

“GaN 市場增長非常迅速，并在功率器件市場獲得了巨大的吸引力，”O(jiān)'Brien 說?！罢缥覀兯?，它已經(jīng)在照明應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位，并在很大程度上取代了全球的傳統(tǒng)燈泡。Kubos 的立方 GaN 技術(shù)有可能進一步提高照明效率并釋放 microLED 用于顯示器的潛力，因此將有助于進一步采用 GaN 技術(shù)。Kubos 計劃將其技術(shù)授權(quán)給 LED 和外延制造商，以確保該技術(shù)能夠盡快被采用。我們相信立方 GaN 可以消除因 InGaAlP 紅色 microLED 效率低下造成的障礙，這目前阻礙了增強和虛擬現(xiàn)實 [AR/VR] 顯示市場。”

O'Brien 指出，基于非極性和半極性六邊形 GaN 的解決方案是克服傳統(tǒng) GaN LED 限制的主要策略。其他方法，例如基于六方 GaN 的納米柱器件也引起了廣泛關(guān)注。

“立方 GaN 的關(guān)鍵區(qū)別在于，它不必繞過傳統(tǒng) GaN 的限制，而是實際上消除或減少了這些限制，”O(jiān)'Brien 說?！八慕Y(jié)構(gòu)中沒有固有的內(nèi)部電場，更窄的帶隙自然地將發(fā)射向更長的波長轉(zhuǎn)移，更高的空穴濃度和遷移率是可能的，所有這些都有助于提高性能?！?/p>

用于高速通信的 GaN

根據(jù) Kubos 的說法，立方 GaN 量子阱中的載流子壽命記錄為 0.5 ns，比標(biāo)準 c 面六邊形 GaN LED (10 ns) 快 20 倍以上。這些較短的載流子壽命，以及立方 GaN 的其他優(yōu)勢特性，為開發(fā)能夠在可見光譜范圍內(nèi)以非常高的速率 (>1 GHz) 切換的 LED 開辟了可能性。

LED市場的通訊領(lǐng)域是一個發(fā)展勢頭強勁的應(yīng)用領(lǐng)域。在這方面，Li-Fi 是一個新興市場，可以通過提高通信速度以一種有趣的方式利用這種技術(shù)發(fā)展。Li-Fi系統(tǒng)是雙向多用戶通信系統(tǒng)，可以歸類為納波通信系統(tǒng)。Li-Fi通信系統(tǒng)不同于可見光通信（VLC）系統(tǒng)，因為VLC是點對點通信系統(tǒng)，而Li-Fi是支持點對多點通信的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在 Li-Fi 系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)速率可以與 LED 屬性相關(guān)聯(lián)，因此 LED 的選擇起著關(guān)鍵作用。LED 尺寸、開/關(guān)切換速度和應(yīng)用中使用的 LED 數(shù)量等參數(shù)會影響通信模型的數(shù)據(jù)速率。

O'Brien 說：“立方 GaN LED 的效率提高以及載流子壽命短，這意味著與傳統(tǒng) LED 技術(shù)相比，可以制造出開關(guān)速度更快并提供更多光的 LED?！?“這將直接轉(zhuǎn)化為 Li-Fi 和其他可見光通信應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸速度的提高?！?/p>

根據(jù) O'Brien 的說法，該制造已經(jīng)在 150 毫米硅晶圓上進行了演示，她相信該技術(shù)可以輕松擴展到 200 毫米甚至更遠的晶圓。“主要挑戰(zhàn)是控制較大晶圓的晶圓彎曲度，我們目前正在實施戰(zhàn)略，通過應(yīng)用多年來為 GaN 和其他化合物半導(dǎo)體開發(fā)的眾所周知的晶圓縮放技術(shù)來實現(xiàn)這一目標(biāo)，”她說。“還值得注意的是，我們的立方 GaN 材料是在符合行業(yè)標(biāo)準的 MOCVD 反應(yīng)器上制造的，這意味著它無需修改即可用于已建立的大批量生產(chǎn)線?！?/p>

Kubos 25-μm（半徑）立方 GaN LED，在“綠色間隙”中具有量子阱峰

由于硅晶圓的直徑可能高達 450 毫米，并且與龐大的硅鑄造基礎(chǔ)設(shè)施兼容，因此硅基氮化鎵被廣泛認為是低成本、大批量制造的理想平臺。根據(jù) O'Brien 的說法，這就是為什么現(xiàn)在可以在 200 毫米晶圓上制造硅基氮化鎵功率器件的原因。“Kubos 的技術(shù)是針對這一趨勢量身定制的，因為它利用傳統(tǒng)的 CMOS [001] 硅晶片來允許平臺根據(jù)需要進行擴展，”她說。

O'Brien 指出，下一階段開發(fā)的重點是提高我們 LED 結(jié)構(gòu)的內(nèi)部量子效率，并且隨著我們的前進，證明立方 GaN 可以超越綠色 LED 市場上當(dāng)前解決方案的性能，并且紅色 microLED。

“關(guān)于立方 GaN 技術(shù)的成本，我們進行的初步研究表明，隨著晶圓尺寸的增大，再加上我們在硅平臺上的事實，我們可以在成本上與傳統(tǒng) LED 解決方案持平，并且隨著晶圓尺寸進一步擴大規(guī)模，我們有可能變得更具價格競爭力，”O(jiān)'Brien 總結(jié)道。

審核編輯 黃昊宇