【资讯】片上集成激光-硅基半导体 | Nature

2025-01-16 18:22:56

　　硅光子学是一项快速发展的技术，有望彻底改变通信、计算和感知世界的方式。然而，缺少高度可扩展的、原生互补金属氧化物半导体(CMOS)集成光源是阻碍广泛应用的主要因素之一。尽管在硅上混合与异质集成III–V族光源，取得了相当大的进展，但通过直接外延III–V族材料的单片集成，仍然是具有成本效益较高的片上光源。

　　近日，比利时微电子研究中心 (imec) Yannick De Koninck, Charles Caer, Didit Yudistira，Bernardette Kunert & Joris Van Campenhout等，在Nature上发文，报道了基于一种全新的集成方法，即纳米脊工程，在CMOS试验生产线上，在300-mm Si(001)晶圆上，完全制造了电驱动砷化镓(GaAs)基激光二极管。具有嵌入式p-i-n二极管和InGaAs量子阱的GaAs纳米脊波导，在晶圆规模上高质量生长。

　　GaAs nano-ridge laser diodes fully fabricated in a 300-mm CMOS pilot line. 在300-mm CMOS导引线中，完全制造GaAs纳米脊激光二极管。

　　图1、片上GaAs NR激光器的晶圆级集成© 2025 Springer Nature

　　图2、具有片上光电探测器的GaAs NR激光测试单元，用于片级表征© 2025 Springer Nature

　　图3、单面切割GaAs NR激光器的模级测量© 2025 Springer Nature

　　图4.蚀刻面GaAs NR激光器的片上测量© 2025 Springer Nature

　　图5、蚀刻面GaAs NR激光器的全晶圆尺度测量© 2025 Springer Nature

　　在晶圆上的300多个器件中，演示了波长约为1.020nm室温连续波激光，阈值电流低至5mA，输出功率超过1mW，激光线宽低至46MHz，激光器工作温度高达55°C。这些结果表明了，在硅光子学平台中的单片集成激光二极管，III–V/Si纳米脊工程概念的应用潜力，有望应用在光学传感、互连等领域的成本敏感且高容量应用。

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　　参考文献： 中国光学期刊网

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