當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，光子學是一個熱門的話題。截至目前為止，微波導、光調(diào)變器、輸出耦合光閘與光探測器均已成功進行整合了，但要設(shè)計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（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)“芯片上波導耦合納米柱金屬腔發(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納米級LED層堆棧，并可耦合至磷化銦（InP）薄膜波導形成光閘耦合器。

新式納米級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)。納米柱LED位于連接至光閘耦合器的波導頂部

這種nano－LED采用次微米級的納米柱形狀，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納瓦（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，研究人員發(fā)布的功率級為50nW，相當于在1Gb／s速率下每位傳輸超過400個光子，這一數(shù)字“遠遠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5GHz的脈沖波形產(chǎn)生器進行調(diào)變。

硅基板上的納米柱狀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)進展，這一功率級可望以超精巧的光源實現(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，能夠進一步為nano－LED提高100倍的效率，同時透過改善奧姆接觸（ohmic contact）進一步降低功耗。