工程师开发增强型gan基LED阵列可见光通信系统

　　随着5G的大规模商用，全球学术界和产业界都开始了下一代移动通信技术(6G)的研究。

　　然而，为了满足6G超高速、超大容量的频谱需求，现有射频频谱资源严重枯竭。这一严峻的挑战促使研究人员专注于更高的频段，如太赫兹、红外线和可见光。其中，可见光通信利用400THz ~ 800THz的超宽频谱，具有免许可、高保密性、环保、无电磁辐射等优点。

　　同时，在商用LED技术的帮助下，可见光通信系统可以与照明系统集成。然而，受限于LED器件的电光响应性能，与可见光频段相比，系统的实际可用带宽非常小。

　　提高可见光通信系统中LED器件的可用带宽成为当务之急实现高速可见光通信的重要问题。micro - led具有ghz级-3dB设备带宽。然而，随着器件尺寸缩小到几十微米，微型led器件的电流密度急剧增加，难以进一步提高。

　　在电流密度的限制下，micro-LED难以实现瓦级光功率，不适合需要大功率光发射装置的远距离和水下光通信。因此，如何提高常规尺寸LED的通信性能也是目前的一个关键问题。

　　发表在《光电科学》杂志上的一篇文章的作者研究了一种基于多色LED的波分复用可见光通信系统。该系统使用Si衬底gan基LED和3D结构量子阱。在该LED的有源层中，有一个具有六边形轮廓的三维结构(“V”形坑，或V坑)，向p型GaN层开放。

　　一般来说，对于GaN基led来说，为了获得更长的自发发射波长，需要在量子阱中加入更高的铟成分，这就导致了GaN和InN晶格的严重失配问题。然而，v坑结构有助于屏蔽gan基led中晶格失配引起的位错，从而显著提高gan基led长波(如黄绿色波段)的量子阱质量和光效率。

　　本研究中使用的多色LED阵列包含八个不同的LED单元。WDM最多可同时使用8个独立信道。除了660nm和620nm红色LED单元外，其他6个570nm-450nm波长波段的LED单元使用南昌大学硅衬底LED研究所开发的Si衬底gan基LED。

　　英航基于LED阵列，复旦大学团队搭建了一个通信系统，并编写了系统所需的先进数字信号处理技术程序，包括位功率加载DMT调制/解调程序、DZN数字预均衡器和软件后均衡器ba基于递归神经网络。该通信系统的总传输速率为31.38Gb/s。

　　结合物理模型仿真和等效电路建模，阐述了v坑的原理。在模型模拟中，作者发现v坑强烈地增强了其附近的电流密度。大量载流子涌入v坑，然后在量子阱中水平传输到邻近的平坦区域。

　　根据这一现象，在LED等效模型的v坑附近增加了一个代表量子阱的特殊分支。该电路模型成功地拟合了器件的响应曲线。模型表明，v型坑有效降低了器件的串联电阻，提高了器件对高频信号的响应。这意味着v坑带来更高的电光转换效率和更大的器件带宽。从而从理论上初步解释了v坑结构对LED器件通信性能的积极影响。

　　更多信息:徐增义等，基于v坑和侧壁量子阱结构的31.38 Gb/s gan基LED阵列可见光通信系统，光电科学(2023)。引文:工程师开发增强型gan基LED阵列可见光通信系统(2023年，8月16日)检索自https://techxplore.com/news/2023-08-gan-based-array-visible-communication.html。本文受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。