廣東
近日，復旦與北大聯合團隊在光互連領域取得重要進展，研究人員將黃光與紅光InGaN Micro LED通過轉移印刷工藝集成到金剛石襯底上，在微安級驅動電流下實現了Gbps級別的數據傳輸速率，為下一代低功耗芯片間光互連提供了新的器件方案。
隨著人工智能大模型訓練和高性能計算需求的爆發式增長，傳統銅線電互連在功耗密度和信號串擾方面已逼近物理極限，光互連成為突破瓶頸的關鍵方向。在眾多光源選擇中，Micro LED因其無需閾值電流、響應速度快、天然適合2維陣列擴展等優勢備受關注。
不過，此前高速光互連研究多集中于藍、綠等短波長Micro LED，長波長的黃光和紅光器件受限于高銦含量帶來的晶格失配與極化效應，調制帶寬長期停留在數百MHz水平，難以滿足高速通信需求。
研究團隊另辟蹊徑，針對長波長器件的非輻射復合特性進行主動利用，通過超晶格應變釋放層與3周期量子阱的外延設計，在硅襯底上生長出高質量的黃色與紅色InGaN外延層。
長波長硅基Micro LED外延結構設計及金剛石襯底轉印Micro LED器件
金剛石襯底上20微米、40微米黃/紅Micro LED的光電特性
隨后借助PDMS印章轉移印刷技術，將單顆Micro LED芯片倒裝鍵合到高熱導率的金剛石襯底上，并采用光子光刻工藝在器件表面制備微透鏡以收窄發散角、提升光纖耦合效率。
測試結果表明，20μm尺寸的黃色Micro LED在電流密度僅6.25A/cm2時，電光帶寬可達2850.4MHz；同尺寸紅色器件在50A/cm2下也實現了2593.4MHz的帶寬。
在1m光纖鏈路中，20μm黃色器件僅需25μA驅動電流即可完成1.5Gbps的開關鍵控調制，單比特能耗低至0.056pJ/bit，40μm器件在50μA下也能達到同等速率，能耗為0.110pJ/bit。
金剛石襯底的引入顯著改善了器件的熱管理表現。與玻璃襯底對比，相同輸入功率下金剛石襯底器件的溫升僅為玻璃襯底的2%到8%，有效抑制了熱效應對高速性能的劣化。
研究團隊指出，長波長Micro LED的發光譜與標準硅光電探測器的峰值響應度匹配更佳，有利于降低接收端寄生電容、提升系統響應度，從而在未來與CMOS驅動電路的異質集成中展現出獨特優勢。
這項工作不僅刷新了InGaN基黃光和紅光Micro LED的調制帶寬與能效紀錄，也證明了通過材料應變工程和散熱結構優化，長波長Micro LED完全可以在微安級超低功耗條件下支撐Gbps級光互連。隨著外延技術的持續進步，這類器件有望在高密度芯片級光互連和人工智能算力集群中扮演關鍵角色。
LEDinside整理
?關于集邦
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
