På Photonics West 2024 ultimo januar i San Francisco præsenterer franske CEA-Leti to indlæg om fremskridt for sin microLED teknologi. De handler dels om at lave matrixer af LED’er med øget tæthed af datahastighed, og dels om strategier for at reducere deres tab af effektivitet ved små størrelser.
Fremstilling af LED direkte på et 200 mm siliciumsubstrat baner vejen for at producere en matrix af LED’er med få mikron, som individuelt styres af dedikerede CMOS kredsløb. InGaN/GaN-baserede microLED’er er velegnede til lyskommunikation med høj datahastighed pga. deres robusthed og tilgængelighed i stor skala samt mulighed for at opnå GHz båndbredde. Brug af dem i et array muliggør massiv parallel transmission, som fører til en datahastighed med høj tæthed. En patenterede proces fra CEA-Leti til integrering af en GaN LED matrix over en CMOS ASIC er også blevet udviklet. I denne CMOS-kompatible metode er integrationen af microLED’er optimeret ved at forbinde dem direkte oven på en 200 mm silicium wafer samt anvende GaN-baserede enheder som både emittere og hurtige fotodetektorer.
“Til kommunikationsanvendelser modulerer vi LED’erne med en høj frekvens for at opnå stor datahastighed. Vort mål er at bruge et array af LED’er til udsendelse af lys og detektere det med et array af fotodioder, begge GaN-baserede. Vi har ekspertise til at fremstille tusindvis af pixelrækker og på den måde få tusindvis af parallelle kommunikationskanaler”, sagde Anthony Cibié, ledende forfatter af indlægget.
Tidligere forskning har vist, at effektiviteten af microLED’er falder, når deres størrelse går fra millimeter- til mikrometerområdet, fordi antallet af ladningsbærere som diffunderer og rekombinerer uden udstråling fra defekte sidevægge stiger. Derfor vil passivering af ikke-udstrålende centre samt minimeringen af diffusionslængden af ladningsbærerne forekomme at være kritisk for at fremstille højeffektive microLED’er. CEA-Leti har i mange år fokuseret på at forbedre microLED-effektiviteten, specielt ved først at fokusere på passiveringen af defekter og senest ved at forstå virkningen af diffusionen af ladningsbærerne, som er emnet for det andet indlæg.
– I denne præsentation viser vi eksperimentelt, at diffusionslængden kan reduceres ved at nedsætte tykkelsen af InGaN kvantebrønden. Desuden præsenterer vi en uventet effektafhængig forekomst i diffusionen, som er observeret i store kvantebrønde, og som kan hjælpe med at forstå fysikken i emitterne, sagde Simon Litschgi, ledende forfatter af indlægget.
