GaN光电集成芯片

通信计算双模

首次在GaN-on-Si LED外延片上单片集成LED与光电突触MOSFET，实现自供电光电探测、发光突触和栅压调控光发射三种模式，并将可见光通信与神经形态计算集成于单一芯片。

Zhihang, Sun · Fan, Shi · 施政 · 73574082 · 刘玉怀 · 王永进 · Yan, Jiabin

Advanced Optical Materials 2025

参数信息

比探测率

1.56×10¹⁴ Jones

调制速率

60 Mbps

调制速率

5 Mbps

技术优势

一个芯片顶多个器件

LED与光电突触MOSFET串联集成，无需外接光电探测器即可实现光信号接收、处理和发射，显著减少系统复杂度和占用面积。

自供电光电探测

在光电探测模式下，器件无需外加偏压即可工作，利用内建电场分离光生载流子，适合低功耗应用。

双面照射波长选择性

由于不同外延层对短波长光的吸收差异，从正面和背面照射时器件表现出不同的波长响应，可用于波长分辨探测。

同一芯片光通信与计算

突触模式下光刺激产生的兴奋性突触后电流既可光学读出也可电学读出，同时芯片可作为光发射器用于可见光通信，实现两种功能复用。

应用场景

• 神经形态视觉：芯片内直接完成光信号到突触响应的转换，可构建无需外部图像传感器的紧凑视觉系统。
• 可见光通信：作为光发射器时支持60 Mbps偏压调制和5 Mbps栅压调制，可用于LED无线通信。
• 光电突触：光刺激产生的突触后电流可光学或电学读出，用于模拟生物突触进行神经形态计算。
• 自供电光电探测：光电探测模式无需外加偏压即可工作，适合能量受限的传感节点。