近日，香港科技大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新穎的集成計(jì)劃，通過(guò)選擇性間接外延在硅光子學(xué)（Si-photonics）平臺(tái)上將III-V族化合物半導(dǎo)體器件和硅組件有效耦合，釋放了將節(jié)能光子學(xué)與具有成本效益的電子產(chǎn)物相連系的潛力，有望以低成本、高速、大容量實(shí)現(xiàn)下一代電信。

圖* 生長(zhǎng)于SOI上的高性能硅波導(dǎo)耦合III-V光電探測(cè)器示企圖

在過(guò)去幾年中，數(shù)據(jù)流量在大數(shù)據(jù)、汽車(chē)、云應(yīng)用法式和傳感器等各類(lèi)應(yīng)用和新興手藝的鞭策下呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。為了處理那些問(wèn)題，硅光子學(xué)做為一種核心手藝被普遍研究，通過(guò)節(jié)能、大容量和低成本的光學(xué)互連實(shí)現(xiàn)、增加數(shù)據(jù)傳輸。

固然硅基無(wú)源元件已經(jīng)在硅光子學(xué)平臺(tái)上成立了優(yōu)良的根底，但激光器和光電探測(cè)器無(wú)法通過(guò)硅實(shí)現(xiàn)，而且需要在硅上集成其他質(zhì)料，例如III-V族化合物半導(dǎo)體等。

硅上的III-V族激光器和光電探測(cè)器已經(jīng)通過(guò)兩種次要辦法停止了研究。第一種是基于鍵合的辦法，該辦法已經(jīng)產(chǎn)生了具有令人印象深入的性能的器件。然而，它需要復(fù)雜的造造手藝，產(chǎn)量低，成本高，使大規(guī)模消費(fèi)十分具有挑戰(zhàn)性。

另一種辦法是通過(guò)在硅上生長(zhǎng)多層III-V的間接外延辦法。固然它供給了一種成本更低、可擴(kuò)展性更大、集成密度更高的處理計(jì)劃，但對(duì)那種辦法至關(guān)重要的微米級(jí)III-V緩沖層障礙了III-V族和硅之間的高效光耦合——那是集成硅光子學(xué)的關(guān)鍵。

為了處理那些問(wèn)題，由香港科技大學(xué)電子及計(jì)算機(jī)工程學(xué)系名望傳授劉紀(jì)美傳授指導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了橫向縱橫比捕捉（LART），那是一種新穎的選擇性間接外延辦法，能夠在絕緣體上硅（SOI）上選擇性地橫向生長(zhǎng)III-V族質(zhì)料，而無(wú)需厚緩沖層。

圖2 造造的 硅波導(dǎo)耦合III-V光電探測(cè)器

此外，基于那項(xiàng)新手藝，該團(tuán)隊(duì)設(shè)想并展現(xiàn)了III-V族光電探測(cè)器和硅元件的奇特面內(nèi)集成，III-V族和硅之間的耦合效率很高。與商用光電探測(cè)器比擬，提出的新型光電探測(cè)器噪聲更小，靈敏度更高，工做范疇更廣，數(shù)據(jù)傳輸速度超越**2Gb/s，創(chuàng)下記錄，遠(yuǎn)快于現(xiàn)有產(chǎn)物。

圖* 硅波導(dǎo)耦合III-V光電探測(cè)器的靜態(tài)表征

圖* 硅波導(dǎo)耦合III-V光電探測(cè)器的動(dòng)態(tài)表征

III-V族器件初次能夠通過(guò)間接外延與Si元素高效耦合。該集成戰(zhàn)略能夠很容易地應(yīng)用于各類(lèi)III-V族器件和硅基元件的集成，從而實(shí)如今硅光子學(xué)平臺(tái)上將光子學(xué)與電子學(xué)集成以停止數(shù)據(jù)通信的最末目的。

劉傳授暗示：“那得益于我們最新開(kāi)發(fā)的名為橫向縱橫比捕捉（LART）的新型生長(zhǎng)手藝以及我們?cè)赟OI平臺(tái)上奇特的耦合戰(zhàn)略設(shè)想。我們團(tuán)隊(duì)在器件物理和生長(zhǎng)機(jī)造方面的綜合專(zhuān)業(yè)常識(shí)和見(jiàn)解使我們可以完成III-V族和Si之間的有效耦合，以及外延生長(zhǎng)和器件性能的穿插相關(guān)闡發(fā)的挑戰(zhàn)性使命。”

該研究的第一做者薛瑩博士說(shuō)：“那項(xiàng)工做將為光子集成電路和全集成的Si-photonic供給適用的處理計(jì)劃，III-V激光器和Si組件之間的有效耦合有望通過(guò)那種辦法實(shí)現(xiàn)。”

那項(xiàng)工做比來(lái)以“High-speed and low dark current silicon-waveguide-coupled III-V photodetectors selectively grown on SOI”為題頒發(fā)在 Optica 期刊上。

論文鏈接：

延伸閱讀：

《光譜成像市場(chǎng)和趨向-2022版》

《新興圖像傳感器手藝、應(yīng)用及市場(chǎng)-202*版》