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【產通社，2月12日訊】硅光子電路連接服務器機架，并在化學傳感器、生物傳感器和自動駕駛汽車的激光雷達（LiDAR）中發揮關鍵作用。但是這些設備需要一個外部光源，或者多步制造過程才能將激光帶到硅片上，不能用硅本身制造出高質量的激光器。最好的激光材料，也就是像砷化鎵（GaAs）這樣的化合物半導體，和硅也玩不好。
回避用硅制造激光器的技術缺陷
1月28日，在舊金山舉行的SPIE Photonics West大會上，來自比利時電子研究組織Imec的研究人員描述了一種似乎可以回避這些問題的技術，這種技術使得使用現有的工藝和材料直接在標準300毫米硅片上生長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上，然后在上面制造激光器，這一過程需要專門的設備，會造成材料浪費。或者，他們可以將完成的激光轉移到硅片上。轉移過程需要仔細的調整，并且需要很大的精力和時間。
作為制造過程的一部分，直接在硅上生長激光器是一個很有吸引力的技術——它應該有可能以更低的成本、更大的規模和更高的速度制造這些設備。但必要的發光材料，由元素周期表第三和第五列的元素制成的化合物半導體，對硅不起作用。這些III-V族半導體的晶體結構與硅的晶體結構不一致。因此，當它們生長在硅上時，它們會變形扭曲，產生致命的缺陷。
納米脊激光器
Imec團隊已經找到了一種方法，通過接受和限制這種缺陷來解決這種材料不匹配的問題。他們不是直接在硅片上生長激光器，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，就像種植前犁過的田地一樣。接下來，他們在溝槽內沉積砷化鎵，使其僅接觸溝槽底部的硅。Imec產品工程師Didit Yudistira告訴Photonics West的與會者，由于這種不舒服的晶體接觸，缺陷在溝槽內積累，但它們實際上被埋在那里。缺陷不會擴散到生長在溝槽頂部的III-V族材料的納米級脊中，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小組沿著脊生長更多的砷化鎵，并嵌入銦鎵砷層，以幫助控制光的波長。這些裝置最后配有電觸點和鏡子。Imec團隊已經在300毫米硅片上制造了數百個這種化合物半導體激光器和光電探測器，這一尺寸用于先進的晶圓廠。
Imec的研究人員在一月份的《自然》雜志上描述了這一結果。在科學論文附帶的評論中，科克大學（University College Cork）光子學研究員Brian Corbett 寫道，這種方法“可以提供一種可擴展的低成本方法來生產光子電路。”
納米脊激光器的工作波長約為1020納米，比通常用于電信的波長要短。目前，該小組現在正致力于制造波長稍長的激光設備。納米脊激光器也顯示出一些磨損的跡象，因為半導體材料在與設備的電接觸處會產生一些缺陷，他們正在研究一種不同的設計來防止這個問題。（鐠元素，產通數造）
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