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高传输速度。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） 固态照明技术功耗低、成本低、尺寸小、使用寿命长。此外，它是环保的。这些优势促成了LED照明市场的爆炸性增长。

值得注意的是，光谱范围在380至780 nm之间的可见光波段不像无线电频率那样获得许可，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，VLC技术在过去十年中得到了迅速发展。

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可以在现有的照明基础设施中轻松实现，以实现速度在Gbps范围内的数据通信。

此外，与无线射频通信相当大的同信道干扰相比，可见光的传播不受电磁波的干扰，即不会发生电磁干扰现象。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独特的优势。

由于微发光二极管（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，但很少有研究提供基于μLED的VLC系统从器件到应用的一般性描述。

本文的作者概述了用于VLC的μLED。从外延优化、晶体取向和有源区域结构等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和基于μLED的VLC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，c平面μLED器件的结构优化已有报道，调制带宽的提高主要集中在增强载波复合过程上。具体方法包括通过热退火形成低接触电阻的金属触点，超薄QW器件的生长等，可以显著提高μLED器件的调制带宽。

此外，C平面LED受到强量子约束斯塔克效应（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。图中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，其次是半极平面和c平面。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非常适合显示器和照明应用。因此，基于μLED的白光VLC系统除了高速数据传输外，还可以同时实现照明和显示功能，具有更大的应用前景。本文作者汇编了近年来基于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。本文总结了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。除了传统的c极性外延结构优化和半极性/非极性GaN外延生长外，使用微结构或InGaN QD作为活性区的μLED也可以提高辐射复合速率。

μLED被认为是明亮的固态光源，与用于VLC的不同类别的WLED相比。同样，μLED也可以用作VLC系统中的检测器。最后，介绍了VLC在6G中的前景和最新的高速VLC应用。鉴于高速传输的优势，基于μLED的VLC有望成为6G的辅助技术，并与其他通信技术合作，造福我们的日常生活。

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