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点击次数:177发布日期:2023-12-20 12:10

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硅光子学是基于硅材料进行光学信号处理和传输的时代,因其在通讯、狡计和传感等界限的庸俗诈欺远景而受到庸俗情切。与传统的光电材料比拟,硅光子学具有高集成度、低老本和与现存CMOS时代兼容等权贵优点,因此,硅光子学在数据通讯、传感器、东谈主工智能以及高效光互联等界限展现出雄壮的诈欺后劲。然而,硅光子学在齐全高效光源方面仍濒临挑战,非常是零落大限制、低老本、与CMOS集成的关联光源。现时,III–V半导体材料与硅的混书册成时代已赢得一定推崇,但要齐全低老本、高效、单片集成的光源仍然是这一时代发展的瓶颈。

着力简介

为了惩处这一问题,比利时IMEC的Charles Caer、Didit Yudistira、Bernardette Kunert及Joris Van Campenhout等东谈主相助在Nature期刊上发表了题为“GaAs nano-ridge laser diodes fully fabricated in a 300-mm CMOS pilot line”的最新论文。

该团队招揽了纳米脊工程(Nano-Ridge Engineering, NRE)时代,胜仗齐全了在设施300毫米硅(001)晶圆上全晶圆级外延孕育并制造了电运转的GaAs基激光二极管。通过这一新式集成要领,GaAs纳米脊波导被高质料地孕育在硅晶圆上,纳米脊中镶嵌了p–i–n二极管和InGaAs量子阱。

盘问东谈主员胜仗演示了室温下贯穿波激光的输出,波长约为1,020纳米,阈值电流低至5毫安,输出功率卓绝1毫瓦,激色泽宽达到46兆赫兹,何况激光器在高达55°C的温度下仍能牢固责任。与传统的混书册成要领比拟,NRE时代通过在硅晶圆上齐全选拔性区域孕育,大幅裁减了漏洞密度,从而权贵提高了激光二极管的性能和可靠性。

盘问亮点

1. 施行初次齐全招揽纳米脊工程(NRE)要领在300毫米硅晶圆上齐全了电运转的砷化镓(GaAs)激光二极管的单片集成。这种创新的集成要领通过在硅光子学平台上孕育GaAs纳米脊波导、镶嵌式p–i–n二极管和InGaAs量子阱,初次齐全了硅光子学与III–V材料的高质料长入。

2. 施行通过纳米脊工程(NRE)集成,胜仗在晶圆级上孕育了高质料的GaAs纳米脊波导,并镶嵌了p–i–n二极管结构和InGaAs量子阱。末端标明,卓绝300个器件在室温下齐全了1,020纳米波长的贯穿波激光输出,且阈值电流低至5毫安,输出功率卓绝1毫瓦,激色泽宽达到46兆赫兹,激光器大概在高达55°C的温度下牢固责任。

3. 施行通过高质料孕育III–V材料。盘问者在300毫米硅晶圆上胜仗齐全了III–V材料的选拔性外延孕育,幸免了传统外延时代中的漏洞累积问题。通过精准截至MOVPE工艺参数,盘问团队胜仗裁减了III–V层的漏洞密度,权贵提高了激光器的性能和可靠性。

图文解读

图1 片上GaAs NR激光器的晶圆级集成

图2 1的亚稳态超分子团员盘问图2、具有片上光电探伤器的GaAs NR激光测试单位,用于片级表征

图3 单面切割GaAs NR激光器的模级测量

图4 蚀刻面GaAs NR激光器的片上测量

图5 蚀刻面GaAs NR激光器的全晶圆圭臬测量

论断瞻望

本文的盘问着力,也便是纳米脊工程(NRE)要领有用惩处了III–V材料与硅基底之间的晶格匹配和热推广扫数各别问题,胜仗地在硅上孕育出高质料的GaAs纳米脊结构,权贵裁减了晶体漏洞,从而齐全了低阈值电流和高输出功率的GaAs基激光二极管。这一创新不仅为硅光子学中的集成光源提供了低老本、高效的惩处有策画,也为当年的大限制分娩提供了可行的时代旅途。

其次,本文强调了光学时势与金属构兵的别离、提高p构兵插头密度等假想立异的后劲,预示着在激光器性能提高和可靠性增强方面的进一步冲破。此外,盘问还建议了通过材料和结构优化齐全更宽责任波长范围的可能性,为当年在光互连、光学传感等界限的诈欺开垦了新的场地。总体而言,本盘问不仅为硅光子学的庸俗诈欺奠定了时代基础,也为高效、低老本的集成光源的建造提供了新的念念路,具有热切的理讲价值和诈欺远景。

文件信息

De Koninck, Y.香港六合彩网站投注平台, Caer, C., Yudistira, D. et al. GaAs nano-ridge laser diodes fully fabricated in a 300-mm CMOS pilot line. Nature 637, 63–69 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08364-2