新加坡科技研究局(A*STAR)和新加坡國立大學(National University of Singapore)的研究人員聯(lián)手,,設(shè)計了一款波長可選的光偵測器,,它能聚焦白光熒光粉所發(fā)射的藍光訊號,從而使白光光照上網(wǎng)(Light Fidelity,;Li-Fi)速度從5MHz提高到20MHz,。
盡管涂覆熒光粉的白光LED已經(jīng)成為明亮照明的主流,但混合物中使用的色彩轉(zhuǎn)換熒光粉在光致發(fā)光壽命方面的變化相當大,。例如,,為了偵測白光在450nm和560nm的時域解析黃色光致熒光光譜(PL),研究人員發(fā)現(xiàn)藍光的衰減時間為1.4ns,,較黃光發(fā)射的54.4ns更快許多,。
這意味著當調(diào)節(jié)白光使其得以傳輸數(shù)位訊號時,藍光能以較黃光更快的速度有效地開啟和關(guān)閉,,而寬頻的矽(Si)光偵測器最終取得訊號的最慢公分母,,減緩上升和下降時間。
為了聚焦于快速的藍光,,研究人員設(shè)計了一款窄頻的綠光氮化銦鎵(InGaN) LED作為接收器,。研究人員在發(fā)表于《ACS Photonics》期刊的論文(Textured V-Pit Green Light Emitting Diode as a Wavelength-Selective Photodetector for Fast Phosphor-Based White Light Modulation)中詳細描述在380nm的波長制造InGaN LED時,具有V型凹槽紋理的表面可提高InGaN LED主動層的峰值響應(yīng)度,。
如同元件的3D時域有限差分(FDTD)模擬,具有紋理的V型凹槽表面由于增加角散射和光路徑,,從而提高了光吸收量,。
(a) 具紋理的p-GaN表面;(b) LED結(jié)構(gòu)的暗場,。插圖顯示具穿透錯位(TD)的V型凹槽特寫,。
研究人員利用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD),在藍寶石基板上生長LED結(jié)構(gòu),。這種基板是由未摻雜的GaN層,、厚度約1μm的Si摻雜n-GaN層、10對InGaN (4nm)/GaN (16nm) QW,、40nm厚的鎂摻雜AlGaN以及600nm厚的鎂摻雜GaN組成,。
具紋理的LED結(jié)構(gòu)示意圖
LED結(jié)構(gòu)頂部具紋理的表面是由隨機分布的六角形V型凹槽(密度約1×109/cm2)組成,具有300nm-500nm的較大調(diào)變振幅,。借由控制三甲基鎵(TMGa)氣流,,可在生長p-AlGaN層時取得,。
研究人員計算出:在420?480nm范圍(藍光)的平均吸收量較具有相同發(fā)光波長與主動層厚度的一般平面LED更高2.23倍。具紋理的LED偵測器峰值響應(yīng)度為0.23A/W,,較平面LED偵測器(0.139A/W)更高63%,。
這項研究背后的想法是,利用這種藍光波長可選的光偵測器取代寬頻的Si光偵測器,,將足以使白光Li-Fi通訊速度提高4倍,,而無需更換任何安裝的白光LED燈泡和燈具。