主要成果
イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校のCan Bayram教授率いる研究チームは、GaN青色マイクロLEDにおいて、世界記録となる2.75GHzの変調帯域幅を達成しました。この成果はIEEE Electron Device Lettersに掲載されており、超小型の光エミッタが、データセンターや次世代AIコンピューティングにおける従来の電気的な銅線リンクを代替し、エネルギー効率と帯域幅のボトルネックを打破する道筋を示しています。
技術・詳細
研究チームは、直径100µmから2µmまで、ほぼ2桁にわたる広範囲なサイズの青色マイクロLEDを設計・作製し、その特性を分析しました。その結果、デバイスの直径を1桁マイクロメートル領域まで積極的に縮小することが性能向上の鍵であることを突き止めました。具体的に直径5µmのデバイスを用いた際に、前例のない2.75GHzという記録的な帯域幅を達成し、同時に極めて高い電流密度においても優れた線形性と安定性を維持することに成功しています。
技術的な分析において、チームはRF（高周波）電力供給のスミスチャート測定を実施しました。これにより、従来の大型マイクロLEDの速度が制限されていた主因が「接合容量（junction capacitance）」にあることを明らかにしました。デバイスの直径を縮小することでこの容量が大幅に減少したことが、記録的な高速通信を可能にした要因です。
背景・業界の文脈
AIやハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）の需要増大に伴い、光インターコネクトへの期待が高まっています。特にマイクロLEDアレイは、そのコンパクトなフットプリントとスケーラブルな統合の可能性から、大量並列でエラーのない光データリンクを実現するための有望な候補とされています。しかし、コンパクトかつ高性能な光源を開発することは、これまで大きな技術的課題となっていました。
今後の展望
一方で、研究チームはさらなる小型化における新たな課題も特定しています。デバイス径を5µm未満にまで縮小すると、コンタクト抵抗および電流拡散抵抗が増加し、標準的な50ΩのRFシステムとの間でインピーダンス不整合が生じることが分かりました。この知見に基づき、今後はpコンタクトの最適化やパッドエンジニアリングなどの改善を行うことで、さらなる性能向上を目指します。これにより、AI向けに高密度かつ低エネルギーな光チャネルを構築し、将来的な光ネットワークのパッケージングの複雑さを劇的に軽減できると考えています。
元記事: https://compoundsemiconductor.net/article/125685/275GHz_record_bandwidth_for_GaN_microLED
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