复旦大学：MicroLED光互连技术的最新进展 – WaytoICT

在上一篇“LightXcelerate：MicroVCSEL 光互连方案与演进”文章中，我们讲了一下 MicroVCSEL。今天再来看看 MicroLED 技术。

传统铜互连的传输速率越高，有效的传输距离就会越短，这在高速数据中心内部互联场景下会有很大的限制。

商用传统光互连方案虽然解决了传输距离的问题，但其单位比特能耗偏高。

目前行业的一个重要演进方向是向 3D 或 2.5D 的共封装架构发展，目标是实现低于 1pJ/bit 的超低能耗和 Tb 量级的带宽密度。

传统方案相比基于 MicroLED 的方案，无论采用哪种架构，通常都离不开外置的激光器光源，并且普遍存在光耦合过程复杂、系统引入额外附加损耗等问题。

MicroLED 可以单片集成发光单元，它的芯片尺寸更小，能带来更均匀的电流分布，有效缓解器件自发热问题，并且拥有更高的本征调制带宽。

现阶段绝大多数 MicroLED 光互连研究均以蓝光芯片为主，在相同工艺条件下，蓝光 MicroLED 具备更优的调制带宽与传输速率。

例如我们之前提到的 Avicena LightBundle 方案与微软 MOSAIC 方案，均采用 GaN 基蓝光 MicroLED 直接调制架构。

MicroLED 器件本身可以看作是将传统的蓝宝石衬底 GaN 基 LED，通过工艺将横向尺寸缩微化至 100μm 以下而形成的。

基于硅衬底生长的 GaN 材料，对比蓝宝石衬底 MicroLED，更便于后续和硅基 CMOS 驱动电路实现单片集成。

工艺上采用 SiO₂ 钝化层完成绝缘隔离，隔开上层 p-track 金属引线与底层 n-GaN 层，避免器件短路，支持大规模阵列器件制备。

这样就可以实现类似 VCSEL 阵列的并行传输架构，即将多个低速率通道组合成一个高速链路。

比如采用一个 20×20 的 MicroLED 阵列，如果每个通道的速率为 2 Gbps，那么整个阵列就能实现 800 Gbps 的总带宽。

这种“宽而慢”的并行方案，核心在于芯片微型化带来了器件本征性能的提升，从而在整体上实现了高速且低功耗的光互连。

在今年的 OFC 2026 会议上，复旦大学介绍了他们在 MicroLED 光互连方案上的进展。

此前复旦的蓝光 MicroLED 方案基于工艺成熟的 c 面 GaN 材料。

单颗蓝光 MicroLED 实现了 2.3GHz 的 -3dB 调制带宽，传输速率达到 10.55Gbps。

复旦团队也进行过绿光 MicroLED 的研究。绿光 InGaN 多量子阱中的极化电场强度显著高于蓝光器件，这会导致载流子的复合速度偏低。

因此在同等尺寸和工艺条件下，绿光 MicroLED 的调制带宽普遍弱于蓝光器件。

除了蓝光和绿光，研究界也在探索黄光和红光 MicroLED 方案，尤其是红光，其带宽提升的难度远高于蓝绿光器件。

在 OFC2026 会议上，复旦大学重点介绍了他们自研的基于金刚石衬底的 InGaN 红光 MicroLED 方案。

采用 InGaN 基的红光 MicroLED，主要是为了规避传统 AlGaInP 材料体系在巨量转移工艺上的困难以及散热性能差的短板。

将器件制作在金刚石衬底上，一个主要考量就是利用金刚石优异的导热性能来提升散热能力。

同时，器件的串联电阻会随着尺寸的减小而降低。在相同的正向电压下，例如 20μm 尺寸的器件，其工作电流会比更大尺寸的器件更低。

微缩尺寸可以直接降低 RC 寄生参数，也就是电容和串联电阻，这是提升调制带宽最直接的手段。

但是呢，小尺寸器件会导致电流密度更高，发热更严峻，因此金刚石衬底提供的良好散热就变得至关重要，它可以有效缓解大电流工作时的热累积效应。

复旦团队展示了红光 MicroLED 用于短距离空间无线光通信的实验。

采用 OFDM 多载波传输技术，在每一条 OFDM 子载波上，数据通过 QAM 映射进行承载。

在低电流工作条件下，该器件的通信速率突破了 1.5Gbps，能耗低至 0.22pJ/bit。

最后，我们来看看近年来在红光 MicroLED 领域的一些代表性研究进展。