香港科技大學(xué)（HKUST）的研究人員開發(fā)了一種新的集成技術(shù)，用于高效集成III-V族化合物半導(dǎo)體器件和硅，為低成本、大容量、高速度和高吞吐量的光子集成鋪平了道路，從而徹底改變了數(shù)據(jù)通信。

與使用電子的傳統(tǒng)集成電路或微芯片不同，光子集成電路使用光子或光粒子。光子集成結(jié)合了光和電子技術(shù)，以加快數(shù)據(jù)傳輸速度。特別是硅光子學(xué)處于這場革命的最前沿，因?yàn)樗軌騽?chuàng)建可以同時處理大量數(shù)據(jù)的高速、低成本連接。

雖然硅可以處理無源光學(xué)功能，但它在有源任務(wù)中遇到困難，例如產(chǎn)生光或檢測光——這兩者都是數(shù)據(jù)生成和讀出的關(guān)鍵組件。這需要將III-V族半導(dǎo)體集成到硅襯底上，以實(shí)現(xiàn)完整的功能和更高的效率。

但是，雖然III-V族半導(dǎo)體可以很好地完成主動任務(wù)，但它們自然不能很好地與硅配合使用。該團(tuán)隊(duì)由新興跨學(xué)科領(lǐng)域研究助理教授薛穎教授和研究教授劉啟美教授領(lǐng)導(dǎo)，通過尋找一種使III-V族器件與硅高效工作的方法來解決這一挑戰(zhàn)。

他們開發(fā)了一種稱為橫向長寬比捕獲的技術(shù)，這是一種新型的選擇性直接外延方法，可以在橫向方向上選擇性地生長絕緣體上硅上的III-V族材料，而無需厚緩沖區(qū)。 雖然文獻(xiàn)中沒有報道的集成方法可以解決高耦合效率和高產(chǎn)量的挑戰(zhàn)，但他們的方法實(shí)現(xiàn)了面內(nèi)III-V激光器，使III-V激光器可以在同一平面上與Si耦合，這是有效的。

“我們的方法解決了III-V族器件和硅的不匹配問題。它實(shí)現(xiàn)了III-V族器件的優(yōu)異性能，使III-V族與Si的耦合變得簡單高效。 在過去的幾十年中，在大數(shù)據(jù)、云應(yīng)用和傳感器等新興技術(shù)的推動下，數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)級增長。集成電路領(lǐng)域，也稱為微電子學(xué)，通過使電子設(shè)備更小、更快來實(shí)現(xiàn)這種增長，這要?dú)w功于摩爾定律，摩爾定律是微芯片上的晶體管數(shù)量大約每兩年翻一番。但數(shù)據(jù)流量的持續(xù)爆炸式增長已經(jīng)將傳統(tǒng)電子設(shè)備推向了極限。

2016 年 Zettabyte 時代的開始迎來了數(shù)據(jù)生成、處理、傳輸、存儲和讀出的飛速增長。數(shù)據(jù)激增帶來了速度、帶寬、成本和功耗等關(guān)鍵挑戰(zhàn)。這就是光子集成，特別是硅光子學(xué)的用武之地。

在接下來的步驟中，該團(tuán)隊(duì)計劃證明與硅波導(dǎo)集成的III-V激光器可以表現(xiàn)良好，例如具有低閾值，高輸出功率，長壽命和在高溫下工作的能力。

她說，在將這項(xiàng)技術(shù)用于現(xiàn)實(shí)生活之前，有一些關(guān)鍵的科學(xué)挑戰(zhàn)需要解決。但它將實(shí)現(xiàn)新一代通信和各種新興應(yīng)用和研究領(lǐng)域，包括超級計算機(jī)、人工智能、生物醫(yī)學(xué)、汽車應(yīng)用以及神經(jīng)和量子網(wǎng)絡(luò)。

該研究最近發(fā)布在《激光與光子學(xué)評論》雜志上。

來源：激光網(wǎng)