纳米级LED突破芯片间传输速率限制

当论及在不同处理器或内存之间提高芯片之间的传输流量时，光子学是一个热门的话题。截至目前为止，微波导、光调变器、输出耦合光闸与光探测器均已成功进行整合了，但要设计理想的微米级光源仍十分具有挑战性。

荷兰爱因霍芬科技大学（Eindhoven University of Technology）的研究人员在最近一期的《自然通讯》（Nature CommunicaTIons）期刊中发表有关「芯片上波导耦合纳米柱金属腔发光二极管」（Waveguide-coupled nanopillar metal-cavity light-emitTIng diodes on silicon）的最新研究。研究人员展示一种接合至硅基板的纳米级LED层堆栈，并可耦合至磷化铟（InP）薄膜波导形成光闸耦合器。

新式纳米级LED （nano-LED）的扫描式电子显微镜图（SEM）显示在金属化之前的制造组件结构。纳米柱LED位于连接至光闸耦合器的波导顶部

这种nano-LED采用次微米级的纳米柱形状，其效率可较前一代组件更高1，000倍，在室温下的输出功率仅几奈瓦（nW），相形之下，先前的研究结果约为皮瓦（pW）级输出功率。根据该研究论文显示，这种组件能够展现相当高的外部量子效率（室温分别为10^−4～10^−2，以及9.5K）。

而在低温时，研究人员发布的功率级为50nW，相当于在1Gb/s速率下每位传输超过400个光子，这一数字「远远高于理想接收器的散粒噪声（shot-noise）极限灵敏度。」该组件作业于电信波长（1.55μm），能以频率高达5GHz的脉冲波形产生器进行调变。

硅基板上的纳米柱状LED示意图。从顶层到底层的堆栈分别是：n-InGaAs（100 nm）/n-InP（350 nm）/InGaAs（350 nm）/p-InP（600 nm）/p-nGaAsP（200 nm）/InP（250 nm）/SiO 2/BCB/SiO2/Si

研究人员表示，「由于短距离互连的损耗低，以及整合接收器技术持续进展，这一功率级可望以超精巧的光源实现芯片内部的数据传输。」

研究人员还开发了一种表面钝化方法，能够进一步为nano-LED提高100倍的效率，同时透过改善奥姆接触（ohmic contact）进一步降低功耗。

编译：Susan Hong

（参考原文：nano-LED could support mulTI-Gbit/s on chip traffic，by Julien Happich）