Dispositivos de micro-LED de autocontrol de rayos ultravioleta profundos basados en AlGaN

Área de la Ciencia:

• Optoelectrónica y sus derivados
• Dispositivos de semiconductores
• La fotónica

Sus antecedentes:

• Las fuentes de luz ultravioleta profunda (DUV) son cruciales para varias aplicaciones, incluida la esterilización y la detección.
• Los microdiodos emisores de luz (μLED) ofrecen un alto brillo y eficiencia, pero requieren una integración avanzada para sistemas complejos.
• El monitoreo in situ es esencial para el rendimiento fiable y la longevidad de los dispositivos optoelectrónicos.

Objetivo del estudio:

• Para lograr la integración monolítica de las matrices DUV μLED, las guías de onda y los fotodiodos (PD) en un solo chip.
• Investigar las características eléctricas y ópticas dependientes del tamaño de los μLED DUV.
• Evaluar el rendimiento de las matrices μLED de autocontrol integradas para su uso potencial en sistemas de comunicación inalámbrica óptica (OWC).

Principales métodos:

• Integración monolítica de matrices de μLED, guías de onda y PD en las obleas epitaxiales de LED de 275 nm.
• Fabricación de matrices μLED con diferentes diámetros de mesa (220 μm, 140 μm y 60 μm).
• Caracterización de las propiedades eléctricas y ópticas, incluida la eficiencia cuántica externa (EQE), la densidad de potencia óptica y la potencia de salida de luz (LOP).
• Medición de la relación entre la fotocorriente y la corriente oscura (PDCR, por sus siglas en inglés) para los PD integrados.
• Simulaciones de seguimiento de rayos para analizar la propagación y extracción de fotones.

Principales resultados:

• Integración monolítica exitosa de los μLED DUV, las guías de onda y los PD.
• Efectos demostrados dependientes del tamaño en el rendimiento de μLED, con dispositivos más pequeños que muestran características mejoradas.
• Los LED de 60 μm lograron un EQE máximo del 4,19%, una densidad de potencia óptica de 5,65 W/cm2 y un LOP de 45 mW por chip.
• Los PD integrados lograron una alta PDCR de 106 durante el funcionamiento de las matrices de LED de 60 μm.
• El rastreo de rayos confirmó las ventajas de los modos TM y TE para la propagación de la guía de ondas y la extracción de luz.

Conclusiones:

• El chip DUV μLED monolítico compacto permite un funcionamiento estable a altas densidades de corriente.
• La capacidad de autocontrol integrada mejora la fiabilidad del dispositivo.
• Estos μLED DUV son una fuente de luz prometedora para los sistemas OWC debido a su rendimiento e integración.