研究人员开发了一种新的集成技术，用于III-V和硅的有效耦合
发布时间：2024-02-17 05:00:08 阅读数： 81
资料来源:Laser & Photonics Reviews，(2024)
香港科技大学(科大)的研究人员开发了一种新的集成技术，可将III-V型化合物半导体器件与硅高效集成，为低成本、大容量、高速度和吞吐量的光子集成铺平了道路，这将彻底改变数据通信。
与使用电子的传统集成电路或微芯片不同，光子集成电路使用光子或光粒子。光子集成结合光和电子来加速数据传输。特别是硅光子学(Si-photonics)，处于这场革命的最前沿，因为它可以创建高速，低成本的连接，可以同时处理大量数据。
虽然硅可以处理无源光学功能，但它很难处理主动任务，比如产生光(激光)或探测光(光电探测器)——这两个都是数据生成和读出的关键组件。这就需要将III-V族半导体(使用元素周期表III族和V族的材料)集成到硅衬底上，以实现完整的功能并提高效率。但是，虽然III-V型半导体可以很好地完成主动任务，但它们与硅的配合并不好。由研究助理教授薛颖教授和新兴跨学科领域学部研究教授刘启梅教授领导的研究小组，找到了一种方法，使III-V型器件与硅有效地工作。
他们开发了一种称为横向纵横比捕获(LART)的技术，这是一种新的选择性直接外延方法，可以在不需要厚缓冲的情况下，在横向方向上选择性地在绝缘体上硅(SOI)上生长III-V材料。
目前文献中还没有一种集成方法能够以高耦合效率和高产量来解决这一挑战，但他们的方法实现了平面内的III-V激光器，使得III-V激光器可以与Si在同一平面内进行耦合，效率很高。
“我们的方法解决了III-V器件和Si的不匹配问题。它实现了III-V器件的优异性能，使III-V与Si的耦合变得简单高效。
在过去的几十年里，在大数据、云应用和传感器等新兴技术的推动下，数据流量呈指数级增长。集成电路(ic)领域，也被称为微电子学，得益于摩尔定律，通过使电子设备变得更小更快，实现了这种增长。摩尔定律是一个观察，微芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番。但是持续爆炸的数据流量已经把传统的电子设备推到了极限。
2016年，Zettabyte时代开始，数据生成、处理、传输、存储和读取都出现了飞速增长。数据的激增对速度、带宽、成本和功耗提出了严峻的挑战。这就是光子集成，特别是硅光子学的用武之地。在接下来的步骤中，该团队计划证明与硅波导集成的III-V激光器可以表现良好，因为具有低阈值，高输出功率，长寿命，以及在高温下工作的能力。她说，在这项技术应用于现实生活之前，有一些关键的科学挑战需要解决。但它将使新一代通信和各种新兴应用和研究领域成为可能，包括超级计算机，人工智能(AI)，生物医学，汽车应用以及神经和量子网络。
这项研究最近发表在《激光与光子评论》杂志上。
