Unos científicos han batido el récord mundial de velocidad de conmutación óptica en LEDs de pozo cuántico mediante un microLED de nitruro de galio que cuenta con un ancho de banda de modulación óptica de 2,75 gigahercios y consume solo 25 milivatios de potencia. Su diseño responde a la necesidad de aportar más velocidad y eficiencia a los enlaces de comunicación en centros de datos.
El equipo responsable de este avance lo encabezan Abdelghany Abouelnagga y Zetai Liu, de la Escuela Grainger de Ingeniería en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Estados Unidos.
Este logro es el resultado de un extenso programa de modelado teórico y pruebas empíricas, que ha proporcionado una hoja de ruta para reducir eficientemente el tamaño de los dispositivos LED destinados a las comunicaciones ópticas. En el caso del dispositivo que ha batido el récord, el diseño se optimizó hasta alcanzar un tamaño de 5 micrómetros. El equipo espera que esta nueva clase de LEDs constituyan una mejora sustancial en cuanto a velocidad y eficiencia, superando tanto a las interconexiones por cable convencionales como a los enlaces ópticos basados en láser para comunicaciones de corto alcance.
Para aumentar la velocidad de funcionamiento de los centros de datos, fue necesario recurrir a enlaces de comunicación óptica que transmiten información mediante pulsos de luz. A diferencia de los cables de cobre, los enlaces ópticos pueden transmitir a tasas (o frecuencias) muy elevadas sin sufrir pérdidas significativas. Para alcanzar altas frecuencias sin sacrificar la precisión, es preciso emplear una fuente de luz rigurosamente controlada.
Hasta ahora, esto implicaba el uso de láseres; sin embargo, estos requieren una gran cantidad de energía y generan mucho calor. Una alternativa consiste en utilizar otra fuente de luz controlada con precisión, como los LEDs. No obstante, faltaba lograr que sus prestaciones estuvieran a la altura de las de los dispositivos láser. El nuevo microLED abre esa posibilidad.
Con el fin de crear un dispositivo que no solo sea rápido, sino que esté optimizado para su uso en centros de datos, Abouelnagga, Liu y sus colegas estudiaron sistemáticamente cómo varían el ancho de banda de modulación óptica (una medida de la rapidez con la que un microLED puede encenderse y apagarse antes de que la luz pierda intensidad) y el consumo energético en función del tamaño del dispositivo.
Redujeron sistemáticamente el diámetro de sus microLEDs, pasando de 100 micrómetros a 2 micrómetros; un nivel de miniaturización extrema que no se había alcanzado anteriormente. Descubrieron que, contrariamente a la creencia popular, un tamaño menor no siempre es mejor. Los resultados más recientes de la línea de investigación y desarrollo seguida por este equipo, centrada en hallar un compromiso entre tamaño, ancho de banda y consumo energético, demuestran que el dispositivo óptimo es, en realidad, el de 5 micrómetros.
El estudio se titula “Scaling of GaN Micro-LEDs with a 2.75 GHz Bandwidth for High-Speed Optical Links”. Y se ha publicado en la revista académica IEEE Electron Device Letters.
