奈米級LED突破芯片間傳輸速率限制

　　由于短距離互連的損耗低，以及整合接收器技術(shù)進(jìn)展，新的nano-LED組件可望以超精的光源大幅提升芯片間的數(shù)據(jù)傳輸速度...

　　當(dāng)論及在不同處理器或內(nèi)存之間提高芯片之間的傳輸流量時(shí)，光子學(xué)是一個(gè)熱門的話題。 截至目前為止，微波導(dǎo)、光調(diào)變器、輸出耦合光閘與光探測器均已成功進(jìn)行整合了，但要設(shè)計(jì)理想的微米級光源仍十分具有挑戰(zhàn)性。

　　荷蘭愛因霍芬科技大學(xué)(Eindhoven University of Technology)的研究人員在最近一期的《自然通訊》(Nature Communications)期刊中發(fā)表有關(guān)“芯片上波導(dǎo)耦合奈米柱金屬腔發(fā)光二極管”(Waveguide-coupled nanopillar metal-cavity light-emitting diodes on silicon)的最新研究。 研究人員展示一種接合至硅基板的奈米級LED層堆棧，并可耦合至磷化銦(InP)薄膜波導(dǎo)形成光閘耦合器。

　　新式奈米級LED (nano-LED)的掃描式電子顯微鏡圖(SEM)顯示在金屬化之前的制造組件結(jié)構(gòu)。 奈米柱LED位于連接至光閘耦合器的波導(dǎo)頂部

　　這種nano-LED采用次微米級的奈米柱形狀，其效率可較前一代組件更高1,000倍，在室溫下的輸出功率僅幾奈瓦(nW)，相形之下，先前的研究結(jié)果約為皮瓦(pW)級輸出功率。 根據(jù)該研究論文顯示，這種組件能夠展現(xiàn)相當(dāng)高的外部量子效率(室溫分別為10^?4～10^?2，以及9.5K)。

　　而在低溫時(shí)，研究人員發(fā)布的功率級為50nW，相當(dāng)于在1Gb/s速率下每位傳輸超過400個(gè)光子，這一數(shù)字“遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于理想接收器的散粒噪聲(shot-noise)極限靈敏度。 ”該組件作業(yè)于電信波長(1.55μm)，能以頻率高達(dá)5GHz的脈沖波形產(chǎn)生器進(jìn)行調(diào)變。

　　硅基板上的奈米柱狀LED示意圖。 從頂層到底層的堆棧分別是：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

　　研究人員表示，“由于短距離互連的損耗低，以及整合接收器技術(shù)持續(xù)進(jìn)展，這一功率級可望以超精巧的光源實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸。 ”

　　研究人員還開發(fā)了一種表面鈍化方法，能夠進(jìn)一步為nano-LED提高100倍的效率，同時(shí)透過改善奧姆接觸(ohmic contact)進(jìn)一步降低功耗。