随着对更快互联网数据传输的需求不断增加，现有的无线电频谱接近其容量极限，促使研究人员探索替代途径进行数据传输。

可见光通讯(Visible light communication, VLC)作为一种具有前景和创新性的无线技术，利用可见光进行高速数据传输，被定位为传统Wi-Fi和室内无线通讯方法的潜在继任者，VLC本质上是利用以前未开发的可见光频谱资源，为频率拥挤的日益严重问题提供了解决方案。 

VLC的优势包括数据安全性、对电磁波干扰的免疫性、无需许可证要求和快速响应时间。VLC特别值得注意的功能之一是在同时传输数据的同时提供照明。这种双重功能不仅降低了运行成本，还减少了不必要的能耗，使其成为一种节能的选择。

VLC的潜在应用非常广泛，涵盖了从汽车和室内通讯到移动定位服务的各个领域，它与禁止无线电波的环境相容，进一步增强了其多功能性和适用性。在这些应用中， micro-LED由于其卓越的特性，如高亮度、快速响应时间、低功耗和出色的色彩调制能力，成为下一代全彩VLC技术的强大竞争者。

近年来，氮化铟镓基(InGaN-based)的micro-LED因其多功能应用而受到重视；然而，尽管通过调整铟含量可以实现全彩照明，但也有需要考虑的不利因素。在具有高铟含量的长波长InGaN-based micro-LED中，明显的量子局限史塔克效应(quantum-confined Stark effect, QCSE)对其性能产生不利影响，导致电子-电洞波函数的重叠减少，进而降低辐射复合速率和发光效率，并导致频宽减小。此外，若要实现VLC的波长分波多工(wavelength-division multiplexing)，降低波长位移与半高宽以防止多通道串扰的现象发挥着致关重要的作用。

图一、(a) micro-LED样品的磊晶结构示意图；(b)(c) 黄光和红光磊晶片的HAADF-STEM影像与EDS mapping影像；(d)(e) 黄光和红光发光主动层的TEM影像；(f) 主动层的铟元素EDS线性扫描；(g) micro-LED元件的光学影像及相应的结构示意图。

此次，鸿海研究院(HHRI)半导体所所长暨阳明交大讲座教授郭浩中所长、半导体所洪瑜亨博士研究团队携手阳明交大(NYCU)及台大(NTU)研究团队沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)研究团队展开合作，共同开发长波长micro-LED阵列用于VLC应用。基于相同的磊晶结构，调整InGaN量子井(quantum wells, QWs)中的铟含量，以实现黄光与红光micro-LED，如图一所示。值得注意的是，黄光与红光30μm×8的micro-LED阵列分别都表现出了具有11.56%与5.47%的高外部量子效率(external quantum efficiency, EQE)。在传输性能方面， InGaN-based的黄光micro-LED实现了630MHz的调制频宽，而红光micro-LED则达到了418MHz。此外，当采用正交分频多工(orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM)传输格式时，黄光micro-LED阵列更实现了高达1.5Gbit/s的数据传输速率。

图二、micro-LED元件的性能表现。(a) EQE-电流密度关系图；(b) 频宽对电流密度关系图；(c) 黄光micro-LED在750 MHz的调制频宽下之4-QAM OFDM数据波型；(d) CCDF -PAPR关系图，插图为4-QAM OFDM星座图。

这些结果表明了长波长InGaN-based micro-LED的巨大潜力，有望推动高速VLC和微型显示技术的进步，为不同技术领域带来变革性机遇。此研究成果《Advancing high-performance visible light communication with long-wavelength InGaN-based micro-LEDs》已发表在国际顶级期刊Scientific Reports，论文详情可参阅https://doi.org/10.1038/s41598-024-57132 -9。

表一、常见的光通讯技术比较表。

近年来，人工智慧技术(AI)的快速发展和广泛应用，导致数据中心(data center)的需求大幅增加。为了处理海量数据和复杂运算，数据中心必须具备高速、低延迟、低功耗的数据传输能力。然而，传统的铜线传输方式面临诸多限制，如串扰、信号损耗、高功耗和速率瓶颈等问题，难以满足日益增长的数据传输需求。这次的研究成果表明了长波长InGaN micro-LED在高速可见光通讯、晶片间的互联互通(chip-to-chip interconnection)，以及微型显示技术中的巨大潜力。随着AI技术的不断发展，micro-LED阵列光通讯有望在未来的数据中心中扮演越来越重要的角色，推动数据中心的技术革新和产业升级。