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【资讯】片上集成激光-硅基半导体 | Nature

阅读:1248      发布时间:2025-1-16
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  硅光子学是一项快速发展的技术,有望改变通信、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,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,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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