基于微型LED的高速可见光通信

下一代蜂窝网络的发展旨在创建更快、更可靠的解决方案。下一代6G网络和元宇宙都需要很高的传输速度。可见光通信(VLC)被认为是无线通信的重要辅助技术。

发光二极管(LED)固态照明技术具有低功耗和成本、小尺寸和长使用寿命的特点。此外，它是环保的。这些优势促成了LED照明市场的爆炸式增长。

值得注意的是，光谱范围在380至780nm之间的可见光波段不像无线电频率那样需要许可，可以未经授权使用。因此，基于LED的可见光通信(VLC)技术引起了全世界的研究关注，并且VLC技术在过去十年中得到了快速发展。

由于VLC系统中的信号频率很高，因此肉眼无法识别LED的闪烁。因此，通过添加相对便宜的前端组件，VLC可以轻松地在现有照明基础设施中实现，以实现Gbps范围内速度的数据通信。

此外，与无线射频通信的同频干扰相当大相比，可见光的传播不受电磁波的扰动，即不会出现电磁干扰现象。因此，VLC在医院、机场、核电站、地下矿山、变电站等对电磁干扰敏感的场景中具有得天独厚的优势。

由于微型发光二极管(μLED)的高调制带宽，它们是高速VLC的理想光源。尽管μLED现在广泛用于VLC，但很少有研究提供从设备到应用的基于μLED的VLC系统的一般描述。

本文作者概述了用于VLC的μLED。在外延优化、晶体取向和有源区结构方面讨论了提高调制带宽的方法。此外，还介绍了基于荧光粉或量子点颜色转换的光致发光白光LED和用于VLC的基于μLED的检测器。最后介绍了最新的高速VLC应用以及VLC在6G中的应用前景。

作为最常见的μLED类型，已经报道了c平面μLED器件的结构优化，调制带宽的改进主要集中在增强载流子复合过程上。具体方法包括通过热退火形成低接触电阻的金属触点、生长超薄QW器件等，可以显着提高μLED器件的调制带宽。

此外，C平面LED受到强量子限制斯塔克效应(QCSE)的影响，这限制了调制带宽。克服QCSE的一种方法是制造非极性或半极性结构。显示了具有不同晶体取向的μLED的调制带宽。在非极性面上生长的μLED的带宽最高，其次是半极性面和c面。因此，制造非极性或半极性μLED也是提高调制带宽的一种方法。

由于其低功耗、高亮度、高分辨率和色彩饱和度，μLED有利于显示和照明应用。因此，基于μLED的白光VLC系统除了可以实现高速数据传输外，还可以兼顾照明和显示功能，具有更大的应用前景。本文作者整理了近年来基于μLED的白光VLC系统的最新进展，以证明此类系统有望成为下一代通信和照明技术的重要组成部分。

随着对μLED器件研究的扩展，基于μLED的高速VLC越来越受到关注。本综述总结了μLED在VLC系统中的优势和挑战。介绍了提高μLED调制带宽的方法。除了常规的c极性外延结构优化和半/非极性GaN外延生长外，使用微结构或InGaNQD作为有源区的μLED也可以提高辐射复合率。

与用于VLC的不同类别的WLED相比，μLED被认为是明亮的固态光源。同样，μLED也可用作VLC系统中的检测器。最后介绍了VLC在6G的前景和最新的高速VLC应用。鉴于高速传输优势，基于μLED的VLC有望成为6G的配套技术，与其他通信技术协同造福我们的日常生活。

该工作为高带宽μLED器件设计提供了新思路，揭示了基于μLED的高速VLC系统的更多潜在用途，为VLC在下一代通信技术中的推广提供了新的技术路径。