Khi số lượng lõi trong bộ xử lý tiếp tục tăng, thách thức kết nối tất cả chúng lại với nhau cũng tăng theo. Mạng điện truyền thống bị thiếu hụt do độ trễ, băng thông hạn chế và mức tiêu thụ điện năng cao. Các nhà nghiên cứu từ lâu đã tìm kiếm một giải pháp thay thế tốt hơn và các hệ thống quang tử nano trên chip đã nổi lên như một sự thay thế đầy hứa hẹn cho các mạng điện truyền thống.
Mạng quang trên chip sử dụng ánh sáng để truyền dữ liệu, mang lại những lợi thế lớn so với tín hiệu điện. Ánh sáng, nhanh hơn điện, có thể mang lượng dữ liệu lớn hơn thông qua công nghệ ghép kênh. Chìa khóa của mạng quang trên chip là các nguồn sáng thu nhỏ như laser cỡ micro/nano hoặc điốt phát sáng (LED). Tuy nhiên, hầu hết sự phát triển của đèn LED micro-/nano đều dựa trên hệ thống vật liệu III-nitride ở bước sóng khả kiến.
Có rất ít báo cáo về micro-LED hồng ngoại tốc độ cao ở bước sóng viễn thông, điều không thể thiếu cho sự phát triển của Li-Fi trong tương lai công nghệ, mạch tích hợp quang tử (PIC) và các ứng dụng sinh học.
Các dây nano In(Ga)As(P)/InP phát triển epiticular có tiềm năng lớn cho đèn LED và laser thu nhỏ ở dải bước sóng viễn thông, vì khả năng điều chỉnh vùng cấm rộng của chúng có thể cho phép tích hợp nguyên khối các nguồn sáng đa bước sóng trên một chip thông qua sự tăng trưởng epiticular duy nhất , có thể tăng khả năng truyền dữ liệu bằng công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng và công nghệ đa đầu vào, nhiều đầu ra.
Các tác giả của một bài báo mới được xuất bản trong Khoa học quang điện tử chứng minh sự tăng trưởng và chế tạo trong khu vực chọn lọc của các đèn LED mảng dây nano InGaAs/InP lõi pin có độ đồng đều cao (QW). Hình 1(a, b) trình bày sơ đồ cấu trúc QW LED trong một dây nano đơn và hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của dãy dây nano có hình thái đồng nhất cao tương ứng.
Cấu trúc QW chi tiết theo hướng xuyên tâm được bộc lộ rõ hơn bằng hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua quét trường tối hình khuyên góc cao (HAADF-STEM) trong Hình 1(c). Để thăm dò thành phần vật chất của QW, phân tích quang phổ tia X phân tán năng lượng trong Hình 1(d) cũng đã được thực hiện, cho thấy rõ rằng vùng InGaAs QW giàu gali và asen so với vùng rào cản InP.
Đèn LED dây nano QW thể hiện sự phát quang điện phụ thuộc độ lệch mạnh (EL), được thể hiện trong Hình 2 (c, d), bao phủ các bước sóng viễn thông (1.35~1.6 μm). Hai đỉnh EL nổi bật có thể được xác định từ quang phổ như trong Hình 2(d), bao gồm một đỉnh bước sóng dài ở ~ 1.5 μm có nguồn gốc từ QW hướng tâm và một đỉnh bước sóng ngắn ở ~ 1.35 μm do sự phát xạ kết hợp từ hướng trục và hướng tâm QW. Do sự hiện diện của hai đỉnh EL, toàn bộ chiều rộng ở mức tối đa một nửa của phổ EL có thể đạt tới khoảng 286nm, cho thấy nhiều hứa hẹn cho các ứng dụng chụp cắt lớp kết hợp quang học và cảm biến sinh học. Với độ lệch tăng lên, việc bơm sóng mang lớn sẽ lấp đầy các dải năng lượng trong cả hai QW, dẫn đến phổ phát xạ mở rộng và sự dịch chuyển bước sóng cực đại.
Khả năng điều chỉnh đa bước sóng của mảng dây nano QW đã được chứng minh rõ hơn thông qua sự phát triển nguyên khối của mảng dây nano với các kích thước bước sóng khác nhau (tức là khoảng cách từ tâm đến tâm giữa các dây nano lân cận trong một mảng) trên cùng một đế. Hình 3(a) cho thấy quang phổ phát quang (PL) đại diện được thu thập từ các mảng dây nano với các kích thước bước khác nhau, cho thấy sự phát xạ PL có bước sóng dài hơn từ các mảng dây nano có bước sóng lớn hơn do độ dày QW tăng lên hoặc sự kết hợp indium vào QW.
Sau đó, các đèn LED mảng dây nano có kích thước bước 0.8, 1.0 và 2.0 μm được chế tạo trên cùng một đế, với phổ phát quang điện (EL) tương ứng ở độ lệch 1.5 V như trong Hình 3(b), cho thấy một xu hướng nhất quán như trong quang phổ PL. Sự phát xạ EL từ đèn LED mảng dây nano có bước sóng lớn hơn được quan sát thấy ở bước sóng dài hơn, với bước sóng cực đại của quang phổ EL phụ thuộc độ lệch kéo dài từ ~1.57 μm (mảng bước 0.8 μm) đến ~1.67 um (mảng bước 2.0 μm), trong đó bao phủ băng tần viễn thông C.
Hình 3 (c) tóm tắt bước sóng cực đại EL phụ thuộc độ lệch (từ 1 đến 4 V) cho tất cả các kích thước bước sóng với độ dịch chuyển xanh lớn hơn 100nm thu được cho từng trường hợp, cho thấy khả năng điều chỉnh bước sóng phát xạ rộng trong chế độ bước sóng viễn thông.
Đèn LED dây nano QW dựa trên mảng cũng mang lại tiềm năng lớn trong việc tăng cường hơn nữa khả năng liên lạc bằng cách tích hợp nhiều đèn LED đa bước sóng với kích thước giảm nhiều trên cùng một chip để đạt được ghép kênh phân chia bước sóng. Để chứng minh khái niệm, nhiều mảng micro-LED kích thước nhỏ có kích thước điểm ảnh nhỏ hơn 5 µm được sắp xếp theo các chữ cái “ANU” được phát triển trong cùng điều kiện được sử dụng để phát triển mảng lớn như trong Hình 3(e). Một số hình ảnh camera hồng ngoại của nhiều mảng micro-LED phát ra dưới các độ lệch khác nhau được trình bày trong Hình 3 (f), nêu bật lời hứa tích hợp nhiều micro-LED đa bước sóng trên cùng một con chip.
Để kết luận, các tác giả đã chứng minh sự tăng trưởng diện tích có chọn lọc và chế tạo các micro-LED mảng dây nano QW đơn lõi-vỏ InGaAs/InP có độ đồng đều cao, với các QW hướng trục và hướng tâm góp phần tạo ra hiện tượng điện phát quang ở bước sóng ~ 1.35 và 1.5 μm, tương ứng. Phổ điện phát quang của đèn LED mảng dây nano thể hiện sự dịch chuyển quang phổ phụ thuộc vào độ lệch mạnh do hiệu ứng lấp đầy dải, biểu thị hoạt động đa bước sóng được điều khiển bằng điện áp (1.35–1.6 μm) bao trùm các bước sóng viễn thông.
Khả năng tương thích tuyệt vời của đèn LED mảng dây nano với công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng và công nghệ đa đầu ra nhiều đầu vào để truyền thông tốc độ cao được minh họa thêm bằng sự phát triển nguyên khối và chế tạo các đèn LED mảng dây nano với các kích thước bước sóng khác nhau và kích thước mảng giảm đi nhiều (
Được cung cấp bởi Compuscript Ltd