【產(chǎn)通社，2月12日訊】硅光子電路連接服務(wù)器機(jī)架，并在化學(xué)傳感器、生物傳感器和自動(dòng)駕駛汽車的激光雷達(dá)（LiDAR）中發(fā)揮關(guān)鍵作用。但是這些設(shè)備需要一個(gè)外部光源，或者多步制造過(guò)程才能將激光帶到硅片上，不能用硅本身制造出高質(zhì)量的激光器。最好的激光材料，也就是像砷化鎵（GaAs）這樣的化合物半導(dǎo)體，和硅也玩不好。

回避用硅制造激光器的技術(shù)缺陷

1月28日，在舊金山舉行的SPIE Photonics West大會(huì)上，來(lái)自比利時(shí)電子研究組織Imec的研究人員描述了一種似乎可以回避這些問(wèn)題的技術(shù)，這種技術(shù)使得使用現(xiàn)有的工藝和材料直接在標(biāo)準(zhǔn)300毫米硅片上生長(zhǎng)砷化鎵激光器成為可能。

硅光子器件通常使用位于芯片外的激光器，或者需要各種變通辦法將激光器安裝在芯片上。工程師可以將砷化鎵芯片或小晶片粘合到硅波導(dǎo)上，然后在上面制造激光器，這一過(guò)程需要專門的設(shè)備，會(huì)造成材料浪費(fèi)�；蛘撸麄兛梢詫⑼瓿傻募す廪D(zhuǎn)移到硅片上。轉(zhuǎn)移過(guò)程需要仔細(xì)的調(diào)整，并且需要很大的精力和時(shí)間。

作為制造過(guò)程的一部分，直接在硅上生長(zhǎng)激光器是一個(gè)很有吸引力的技術(shù)——它應(yīng)該有可能以更低的成本、更大的規(guī)模和更高的速度制造這些設(shè)備。但必要的發(fā)光材料，由元素周期表第三和第五列的元素制成的化合物半導(dǎo)體，對(duì)硅不起作用。這些III-V族半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)與硅的晶體結(jié)構(gòu)不一致。因此，當(dāng)它們生長(zhǎng)在硅上時(shí)，它們會(huì)變形扭曲，產(chǎn)生致命的缺陷。

納米脊激光器

Imec團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了一種方法，通過(guò)接受和限制這種缺陷來(lái)解決這種材料不匹配的問(wèn)題。他們不是直接在硅片上生長(zhǎng)激光器，而是先在硅片上覆蓋一層二氧化硅，然后沿著硅片表面切割出箭頭形狀的溝槽，就像種植前犁過(guò)的田地一樣。接下來(lái)，他們?cè)跍喜蹆?nèi)沉積砷化鎵，使其僅接觸溝槽底部的硅。Imec產(chǎn)品工程師Didit Yudistira告訴Photonics West的與會(huì)者，由于這種不舒服的晶體接觸，缺陷在溝槽內(nèi)積累，但它們實(shí)際上被埋在那里。缺陷不會(huì)擴(kuò)散到生長(zhǎng)在溝槽頂部的III-V族材料的納米級(jí)脊中，從而形成納米脊激光器（Nanoridge Lasers）的有源部分。

為了完成激光器，Imec小組沿著脊生長(zhǎng)更多的砷化鎵，并嵌入銦鎵砷層，以幫助控制光的波長(zhǎng)。這些裝置最后配有電觸點(diǎn)和鏡子。Imec團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在300毫米硅片上制造了數(shù)百個(gè)這種化合物半導(dǎo)體激光器和光電探測(cè)器，這一尺寸用于先進(jìn)的晶圓廠。

Imec的研究人員在一月份的《自然》雜志上描述了這一結(jié)果。在科學(xué)論文附帶的評(píng)論中，科克大學(xué)（University College Cork）光子學(xué)研究員Brian Corbett 寫道，這種方法“可以提供一種可擴(kuò)展的低成本方法來(lái)生產(chǎn)光子電路。”

納米脊激光器的工作波長(zhǎng)約為1020納米，比通常用于電信的波長(zhǎng)要短。目前，該小組現(xiàn)在正致力于制造波長(zhǎng)稍長(zhǎng)的激光設(shè)備。納米脊激光器也顯示出一些磨損的跡象，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料在與設(shè)備的電接觸處會(huì)產(chǎn)生一些缺陷，他們正在研究一種不同的設(shè)計(jì)來(lái)防止這個(gè)問(wèn)題。（鐠元素，產(chǎn)通數(shù)造）