突破！我国团队实现大规模硅基单片集成高速光互连芯片

1.中国科学院半导体所在大规模单片集成高速光互连研究方面取得新进展；

近年来，人工智能、万物互联、大数据等领域取得重大进展，带动全球数据流量呈现指数级增长，并对高性能的互连能力提出迫切需求。硅基光电集成作为光与电深度融合的革新性技术，是实现互连技术向高带宽、低延迟、高能效和轻量化方向跨越发展的重要途径。例如，在高性能分布式计算系统中，硅基光I/O是突破传统电I/O限制，满足CPU、GPU矩阵间高速互连需求的有效方法。然而，目前硅基光电集成还面临结构复杂、成本高、难以大规模制备等问题，单片集成还需突破高效发光、损耗抑制等瓶颈，导致现有公开报道中尚未见能够有效解决上述问题的技术方面。

近期，半导体所固态光电信息技术实验室杨涛和杨晓光研究员团队在大规模单片集成高速光互连方面取得新进展。团队提出在硅基外延量子点平台上开展可自由定义的单元器件和功能模块制备，并实现大规模硅基单片集成光互联的创新策略。在CMOS兼容硅衬底上外延出含8层InAs/GaAs量子点结构的晶圆，同时制备用于信号发射与接收的直调激光器、波导型光电探测器及集成互联结构。高速带宽信号测试表明激光器和探测器的最大3-dB带宽分别为4.5 GHz和2.02 GHz。NRZ编码信号测试表明，激光器的直调速率可达12.5 Gbit/s，探测器的数据接收能力为5 Gbit/s。在此基础上，基于自由空间光耦合集成结构实现了高速信号互连，速率可达1.01 GHz。

该研究成果以Large-Scale Monolithically-Integrated High-Speed Interconnect Chips via Direct Growth of InAs/GaAs Quantum Dot Lasers and Photodetectors on Si(001)为题，发表于《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews），半导体所博士生王胜林为第一作者，杨晓光研究员和杨涛研究员为通讯作者，陆丹研究员在器件测试上提供了重要支持。该研究得到国家自然科学基金重点项目（62334007，62035012）等资助。

图1 具备丰富功能的大规模硅基片上集成量子点光互联系统

图2 硅基片上集成量子点激光器与探测器互联结构示意图

图3 硅基光互连测试结果。激光器的输出曲线及探测器响应到的光电流曲线，激光器尺寸分别为(a) 3×1000 µm2和(b) 3×600 µm2。(c) 激光器注入电流为 80 mA时，探测器在不同负偏压下的频率响应。(d) 在不同的激光器注入电流和探测器偏压条件下，硅基光互连系统的3-dB带宽测试

2.东南大学集成电路学院科研团队最新研究成果！

东南大学集成电路学院卢海洲教授与吉林大学纪文宇教授团队，北京交通大学唐爱伟教授，复旦大学杨迎国教授等合作在《自然》（Nature 2026，doi.org/10.1038/s41586-026-10134-1）杂志上发表了题为“有序三维/二维异质结助力高效钙钛矿电致发光Maximizing perovskite electroluminescence with ordered 3D/2D heterojunction”的突破性研究进展。卢海洲为文章共同通讯作者，东南大学集成电路学院为共同通讯单位。论文报道了通过底界面化学配位调控获得有序3D/2D堆叠的钙钛矿异质结发光薄膜，获得了最高42.9%的发光效率（认证效率42.3%），为高效钙钛矿显示技术奠定了重要的理论基础。

近年来，钙钛矿LED因其高色纯度、高效率、低成本以及可溶液加工等优势，已成为重要的下一代照明与显示技术的竞争者。但相比于OLED超过40%的发光效率，钙钛矿LED的发光性能还较落后，主要是因为载流子传输受限以及界面非辐射复合严重等因素，严重制约了器件的性能。如何利用二维钙钛矿平衡载流子传输以及抑制非辐射复合，制备高效的钙钛矿LED成为了研究的热点以及难点。

图1. 钙钛矿LED原理以及发光性能图

文章报道了利用富含羟基的PEIE分子，在衬底表面构建活性位点，诱导钙钛矿层一步生长得到有序的3D/2D堆叠的钙钛矿异质结。表面2D钙钛矿层平衡了载流子注入，保护了3D钙钛矿发光中心，从而大幅减少了非辐射复合。此外，表面自发形成的褶皱状形貌进一步提升了出光效率，最终获得钙钛矿薄膜的外量子效率97%，器件的电致发光效率首次突破40%。该研究为钙钛矿LED的进一步发展提供了新思路与策略。

卢海洲工作于东南大学集成电路学院，钙钛矿光伏与集成光电子研究院，研究方向为高性能钙钛矿光电器件，旨在结合先进封装技术推动钙钛矿的产业化研究。截至目前，相关成果已在Nature、Science等国际权威期刊上发表。