【產(chǎn)通社，12月12日訊】香港科技大學(xué)（Hong Kong University of Science & Technology, HKUST）官網(wǎng)消息，其研究人員最近發(fā)明了一種新型集成方案，透過選擇性直接外延技術(shù)，在硅光子平臺(tái)上開發(fā)了III-V族化合物半導(dǎo)體器件和硅元件的高效耦合—，釋放集成高能效光子和低成本電子的潛能，令下一代通信 可以低成本、更高速和更大容量的方式呈現(xiàn)。

近年，在大資料、汽車、云端和傳感器等各種應(yīng)用和新興技術(shù)的推動(dòng)下，資料流程量呈指數(shù)級(jí)增長。為了解決資料通信的瓶頸，硅光子學(xué)成為一項(xiàng)被廣泛研究的核心技術(shù)，通過節(jié)能、大容量和低成本的光互連實(shí)現(xiàn)資料傳輸?shù)脑鲩L。雖然硅基無源組件已經(jīng)在硅光子平臺(tái)上成熟的建立，但激光器和光電探測(cè)器并不能由硅制成，需要在硅上集成其他材料，例如III-V族化合物半導(dǎo)體等。

現(xiàn)時(shí)對(duì)于硅上的III-V激光器和光電探測(cè)器主要通過兩種方法進(jìn)行了研究。第一個(gè)是以鍵合為基礎(chǔ)的方法，盡管此方法已能產(chǎn)出了性能很好的器件，但要求復(fù)雜的制造工藝，而且成本高、產(chǎn)量低，使大規(guī)模生產(chǎn)變得非常具挑戰(zhàn)性。另一種方法是通過在硅上縱向生長多層III-V的直接外延方法，雖然它提供了一種成本更低、可擴(kuò)展性更大和集成密度更高的解決方案，然而這種方法中所必須用到的幾微米厚的III-V緩沖層阻礙了III-V和硅之間的有效光耦合，因此解決這一問題成為了集成硅光子學(xué)的關(guān)鍵。

為解決這一關(guān)鍵問題，由香港科技大學(xué)電子及計(jì)算器工程學(xué)系榮休教授劉紀(jì)美領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了橫向選區(qū)生長技術(shù)—一種新穎的選擇性直接外延方法，可以選擇性地在硅上橫向生長III-V材料，而無需緩沖層。此外，基于這項(xiàng)新技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)亦設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了III-V光電探測(cè)器和硅組件的獨(dú)特面內(nèi)集成，并在III-V和硅之間具有高耦合效率。與商用光電探測(cè)器相比，這種方法實(shí)現(xiàn)的光電探測(cè)器噪聲更小，靈敏度更高，工作范圍更廣，且具有超過112Gb/s的高速—較現(xiàn)有產(chǎn)品更快。這不但乃首次通過直接外延的方法實(shí)現(xiàn)III-V 器件與硅組件的有效耦合，而且可以應(yīng)用于各種III-V器件和硅基元件的集成，從而實(shí)現(xiàn)在硅光子平臺(tái)上集成光與電模塊以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的最終目標(biāo)。

劉教授表示：我們開發(fā)的一種名為橫向選區(qū)生長的新型技術(shù)以及我們?cè)赟OI平臺(tái)上獨(dú)特的耦合方案設(shè)計(jì)，令上述目標(biāo)得以達(dá)成。我們的團(tuán)隊(duì)在器件物理和材料生長方面的專業(yè)知識(shí)和見解使我們能夠完成 III-V和硅之間有效耦合，讓我們能完成外延生長和器件性能相關(guān)分析這個(gè)具挑戰(zhàn)性任務(wù)。

研究的第一作者薛瑩博士指出：項(xiàng)研究將為光集成電路和全集成硅光子提供可行的解決方案，運(yùn)用此項(xiàng)研究技術(shù)，最具挑戰(zhàn)的激光器與硅組件的有效耦合將有可能在未來實(shí)現(xiàn)。

這項(xiàng)研究計(jì)劃是與香港中文大學(xué)電子工程學(xué)系曾漢奇教授和中山大學(xué)電子與信息工程學(xué)院蔡鑫倫教授所領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)共同合作完成。計(jì)劃所使用的器件制備由科大清水灣校區(qū)的納米系統(tǒng)制造實(shí)驗(yàn)中心所開發(fā)。這計(jì)劃得到香港研究資助局和香港創(chuàng)新科技基金的支持并于最近發(fā)表在 《光學(xué)（Optica）》上。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問官方網(wǎng)站http://www.ust.hk。（張嘉汐，產(chǎn)通發(fā)布）    （完）