第三代半導體氮化鎵作為一種寬禁帶體材料，其細窄的耗盡區能夠實現高載流子濃度，以此誕生的發光二極管（LED）獲得了2014年諾貝爾物理學獎。借助LED發展起來的可見光通信，正由于頻譜無需授權、高速、節能、無電磁輻射等優點，在6G研究領域成為一種極具潛力的通信技術。

但是，可見光通信作為一種通信系統，發射和接收兩端具有相同的重要性。近年來，可見光通信的發展主要依靠著發射器件的突破，包括LED、SLD和LD。而對于接收器件，大部分可見光通信系統在使用紅外、近紅外的探測器進行信號的接收。這些使用的探測器已經在幾十年的發展歷程中對紅外、近紅外通信進行了不斷優化，這其中包括銦鎵砷探測器、鎵砷探測器和硅探測器。它們最小的峰值頻率響應也在800 nm波長，然后在可見光波段（400-780 nm）快速下降，這就導致類似可見光通信極具競爭力的水下通信場景（藍綠光400-570 nm）發展受阻。

將氮化鎵LED進行反向偏壓能實現可見光波段探測器的功能。傳統氮化鎵LED在制備過程中往往使用藍寶石襯底或者氮化鎵襯底。藍寶石襯底一般只能設計橫向結構，在高注入電流或者高入射光功率下，會表現出電流擁堵、散熱差等問題，以至于芯片性能嚴重下降或損壞。氮化鎵襯底是理論上最理想的襯底，可制備氮化鎵襯底過程困難且成本極高，難以滿足商用化需求。

為解決上述問題，復旦大學遲楠教授、沈超教授、施劍陽博士研究團隊聯合南昌大學、國家硅基LED工程技術研究中心江風益院士、張建立教授等人設計了一種硅基垂直結構的氮化鎵Micro-LED。將該LED作為探測器，成功實現了10 Gbps的可見光通信。相關研究成果發表于Photonics Research 2022年第10期。

該方案首先設計一個硅基垂直結構的氮化鎵Micro-LED圖（a），實驗中同時設計了10 μm×10 μm、50 μm×50 μm和100 μm×100 μm三個尺寸芯片，其中50 μm的SEM圖，如圖（b）。隨后將設計的芯片以共陰極的方式組成4×4芯片陣列，如圖（c），該芯片陣列的光纖顯微圖像，如圖（d）。

圖（a）硅基垂直結構氮化鎵Micro-LED示意圖；（b）50 μm芯片的SEM圖；（c）4×4芯片陣列示意圖；（d）50 μm芯片陣列的光學顯微圖像

基于該硅基氮化鎵Micro-LED，成功實現了實現峰值頻率響應400 nm的可見光探測器，其半波寬達到了72 nm，為可見光的波分復用系統提供了可能。對該器件給予正向偏置電壓，可以發射出573 nm左右的可見光，當給予方向偏置電壓，該器件可以實現可見光信號的探測。通過加大反向偏置電壓，-20 dB帶寬最大可以達到822 MHz。利用該探測器，成功實現了傳輸距離1 m，傳輸速率10.14 Gbps的可見光通信。

相比于傳統藍寶石襯底的氮化鎵Micro-LED，硅襯底的Micro-LED具有高晶體質量、良好導電性和高導熱性能等特點，并且與現有硅基基礎電路兼容，具備向更加小型化高集成化發展的優勢，以此構建的可見光探測器，適合未來對成本、速率敏感的6G可見光通信應用場景。復旦大學與南昌大學團隊實現了硅基氮化鎵Micro-LED作為高速可見光探測器，后續將進一步開展更高響應靈敏度、更高傳輸帶寬的研究，將該器件推向實用化，最終實現可見光通信收發一體化設計與應用。