使用立方 GaN LED 进行高速通信

Kubos Semiconductors Ltd. 是一家基于立方氮化镓的 LED 开发商，与曼彻斯特大学和剑桥大学的研究人员合作，确定了 Kubos 的专有材料在提供能够以比六方晶相生产的 LED 更快的速度切换的 LED 的潜力。

Kubos 正在努力改进其立方GaN 技术，以制造更高效的绿色、琥珀色和红色 LED 以及红色 microLED，用于各种照明和显示应用。根据 Kubos 的说法，其大幅减少与固态照明相关的碳排放的潜力已广为人知，这可能每年减少多达 120 兆吨的 CO 2排放，相当于 32 个燃煤的排放量。发电厂。然而，在通信应用中提供更快的开关速度方面扮演次要角色的能力是革命性的。

Kubos Semiconductors 首席执行官 Caroline O'Brien

Kubos Semiconductors 首席执行官 Caroline O'Brien 在接受 Power Electronics News 采访时强调，Kubos 已经展示了立方 GaN 材料的所有关键元素，包括消除限制了量子限制的斯塔克效应 (QCSE)。六边形 GaN LED 的效率。

“GaN 市场增长非常迅速，并在功率器件市场获得了巨大的吸引力，”O'Brien 说。“正如我们所知，它已经在照明应用中占据主导地位，并在很大程度上取代了全球的传统灯泡。Kubos 的立方 GaN 技术有可能进一步提高照明效率并释放 microLED 用于显示器的潜力，因此将有助于进一步采用 GaN 技术。Kubos 计划将其技术授权给 LED 和外延制造商，以确保该技术能够尽快被采用。我们相信立方 GaN 可以消除因 InGaAlP 红色 microLED 效率低下造成的障碍，这目前阻碍了增强和虚拟现实 [AR/VR] 显示市场。”

O'Brien 指出，基于非极性和半极性六边形 GaN 的解决方案是克服传统 GaN LED 限制的主要策略。其他方法，例如基于六方 GaN 的纳米柱器件也引起了广泛关注。

“立方 GaN 的关键区别在于，它不必绕过传统 GaN 的限制，而是实际上消除或减少了这些限制，”O'Brien 说。“它的结构中没有固有的内部电场，更窄的带隙自然地将发射向更长的波长转移，更高的空穴浓度和迁移率是可能的，所有这些都有助于提高性能。”

用于高速通信的 GaN

根据 Kubos 的说法，立方 GaN 量子阱中的载流子寿命记录为 0.5 ns，比标准 c 面六边形 GaN LED (10 ns) 快 20 倍以上。这些较短的载流子寿命，以及立方 GaN 的其他优势特性，为开发能够在可见光谱范围内以非常高的速率 (>1 GHz) 切换的 LED 开辟了可能性。

LED市场的通讯领域是一个发展势头强劲的应用领域。在这方面，Li-Fi 是一个新兴市场，可以通过提高通信速度以一种有趣的方式利用这种技术发展。Li-Fi系统是双向多用户通信系统，可以归类为纳波通信系统。Li-Fi通信系统不同于可见光通信（VLC）系统，因为VLC是点对点通信系统，而Li-Fi是支持点对多点通信的无线网络系统。在 Li-Fi 系统中，数据速率可以与 LED 属性相关联，因此 LED 的选择起着关键作用。LED 尺寸、开/关切换速度和应用中使用的 LED 数量等参数会影响通信模型的数据速率。

O'Brien 说：“立方 GaN LED 的效率提高以及载流子寿命短，这意味着与传统 LED 技术相比，可以制造出开关速度更快并提供更多光的 LED。” “这将直接转化为 Li-Fi 和其他可见光通信应用中数据传输速度的提高。”

根据 O'Brien 的说法，该制造已经在 150 毫米硅晶圆上进行了演示，她相信该技术可以轻松扩展到 200 毫米甚至更远的晶圆。“主要挑战是控制较大晶圆的晶圆弯曲度，我们目前正在实施战略，通过应用多年来为 GaN 和其他化合物半导体开发的众所周知的晶圆缩放技术来实现这一目标，”她说。“还值得注意的是，我们的立方 GaN 材料是在符合行业标准的 MOCVD 反应器上制造的，这意味着它无需修改即可用于已建立的大批量生产线。”

Kubos 25-μm（半径）立方 GaN LED，在“绿色间隙”中具有量子阱峰

由于硅晶圆的直径可能高达 450 毫米，并且与庞大的硅铸造基础设施兼容，因此硅基氮化镓被广泛认为是低成本、大批量制造的理想平台。根据 O'Brien 的说法，这就是为什么现在可以在 200 毫米晶圆上制造硅基氮化镓功率器件的原因。“Kubos 的技术是针对这一趋势量身定制的，因为它利用传统的 CMOS [001] 硅晶片来允许平台根据需要进行扩展，”她说。

O'Brien 指出，下一阶段开发的重点是提高我们 LED 结构的内部量子效率，并且随着我们的前进，证明立方 GaN 可以超越绿色 LED 市场上当前解决方案的性能，并且红色 microLED。

“关于立方 GaN 技术的成本，我们进行的初步研究表明，随着晶圆尺寸的增大，再加上我们在硅平台上的事实，我们可以在成本上与传统 LED 解决方案持平，并且随着晶圆尺寸进一步扩大规模，我们有可能变得更具价格竞争力，”O'Brien 总结道。

审核编辑 黄昊宇