标准芯片大小的UVC microLED阵列可提供超过80 mW的输出功率
在UVC（200 nm至280 nm的光谱范围）中工作的LED以其微弱的输出而共知。但这一说法应该很快就会被打破，这要归功于北京大学在中国的合作，该合作为标准尺寸芯片的输出功率开辟了新的天地。该团队最好的器件包含16×16个microLED，发射波长为280纳米，在230 mA驱动时，输出功率超过80 mW。
北京大学研究团队发言人王新强表示，这些LED产生的非常强的发射源于在高注入电流下实现了高电光转化效率。
“265-280 nm的传统最先进平面深UV LED通常在非常小的电流密度（通常低于50 A cm2）下显示其最高的电光转化效率值，”王说。因此，传统器件只能实现低光输出功率。
“在我们的工作中，平行阵列平面microLED的光输出功率和电光转化效率在电流密度大于700 A cm-2时达到最大值，使其更适合实际应用，”王补充道。
该团队的UVC LED发射波长为280 nm，位于太阳盲区内，能够进行通信，可避免环境条件的干扰。使用如此短的波长的另一个优点是，由于分子和气溶胶对大气的大量散射，它可以实现非视距通信。
王及其同事开发的平行阵列平面LED具有多个功能，有助于提高光输出功率和电光转化效率。在p-GaN顶部引入电触点，以调节p型欧姆触点的吸收，圆柱形台面涂有铝镜，以确保各向同性光提取（见图）。此外，该器件的设计可确保电流分布均匀；减小发射区域的尺寸以实现更高的电流密度；台面尺寸越小，拉伸应力越小，阻碍光提取的横向磁偏振光的比例越小。
该团队已经生产了一系列器件：25 µm直径的发射器16×16阵列；50 µm直径发射器8×8阵列；100 µm直径发射器4×4阵列；以及200 µm直径发射器2×2阵列；都是由同一晶圆制备的。所有芯片的总发射面积为0.125 mm2，与传统对照器件的发射面积相同。
传统对照器件在170 A cm-2时产生8 mW的峰值输出，输出功率超过了发射极直径为50 µm及以上的器件，尽管它们在高电流密度下可达到峰值。与此形成鲜明对比的是，16×16阵列的25 µm直径发射器的器件在1150 A cm-2的电流密度下提供了83.5 mW的输出功率，而775 A cm-2的电光转化效率达到了4.7%的峰值。优异的性能归功于其对光吸收的抑制和均匀的电流注入。
对于日盲通信，功能更强大的器件最有希望，因为其在高电流密度下的高光输出功率，再加上其小尺寸，具有实现远距离高调制带宽的最大潜力。在该器件上使用正交频分复用，进行的测量显示数据速率略高于1 Gbit/s，误码率为1.3 x 10-2。
该团队的下一个目标之一是制造像素尺寸更小的平行阵列平面深UV LED，例如1或2微米。王说，另一个目的是促进这种器件的商业化。
参考文献
D. Li et al. Adv. Mater. 210975 (2022)
