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如果您希望可以时常见面，欢迎标星收藏哦~ 纳米电子和数字技术研究与创新中心 Imec 宣布了硅光子学领域的一个重要里程碑，即在其 CMOS 试验原型生产线上成功演示了在 300 毫米硅晶圆上完全单片制造的电驱动 GaAs 基多量子阱纳米脊激光二极管。该结果实现了室温连续波激光，阈值电流低至 5 mA，输出功率超过 1 mW，详细介绍了上周的《自然》杂志上的研究结果，展示了在硅上直接外延生长高质量 III-V 族材料的潜力。这一突破为开发用于数据通信、机器学习和人工智能应用的经济高效、高性能光学设备提供了途径。 缺乏高度可扩展的原生 CMOS 集成光源一直是广泛采用硅光子学的主要障碍。混合或异质集成解决方案涉及复杂的键合工艺或需要昂贵的 III-V 衬底，而这些衬底通常在加工后被丢弃。这不仅增加了成本，还引发了对可持续性和资源效率的担忧。因此，在大型硅光子晶圆上选择性地直接外延生长高质量的 III-V 光学增益材料仍然是一个备受追捧的目标。 III-V 族和 Si 材料之间晶格参数和热膨胀系数的巨大不匹配不可避免地会引发晶体失配缺陷的形成，而晶体失配缺陷会降低激光器的性能和可靠性。选择性区域生长 与纵横比捕获 (ART) 相结合，通过将失配位错限制在介电掩模中蚀刻的窄沟槽内，可显著减少集成在硅上的 III-V 族材料的缺陷。 “过去几年，imec 率先推出了纳米脊工程技术，该技术基于 SAG 和 ART，可在沟槽外生长低缺陷率 III-V 纳米脊。这种方法不仅进一步减少了缺陷，而且还能够精确控制材料尺寸和成分。我们优化的纳米脊结构通常具有远低于 10 5 cm -2 的穿透位错密度。现在，imec 利用 III-V 纳米脊工程概念，在标准 300 毫米硅晶片上展示了首个全晶片级电泵浦 GaAs 基激光器制造，完全在 CMOS 试验生产线内进行，”imec 科学总监 Bernardette Kunert 说道。 该激光器利用低缺陷率 GaAs 纳米脊结构，将 InGaAs 多量子阱 集成为光学增益区，嵌入原位掺杂的 pin 二极管中，并用 InGaP 覆盖层钝化。通过电注入实现室温连续波操作是一项重大进步，克服了电流输送和接口工程方面的挑战。该器件在 ~1020 nm 处表现出激光，阈值电流低至 5 mA，斜率效率高达 0.5 W/A，光功率达到 1.75 mW，展示了高性能硅集成光源的可扩展途径。 “在直径较大的硅晶圆上以经济高效的方式集成高品质 III-V 增益材料是实现下一代硅光子学应用的关键因素。这些令人兴奋的纳米脊激光器成果代表了使用直接外延生长进行单片 III-V 集成的重要里程碑。该项目是 imec 一项更大规模探索任务的一部分，旨在推动 III-V 集成工艺向更高的技术成熟度发展，从近期的倒装芯片和转印混合技术，到异质晶圆和芯片键合技术，再到长期的直接外延生长，”imec 硅光子学研究员、光学 I/O 行业联盟研发项目主任 Joris Van Campenhout 表示。 一块 300 毫米硅晶片上包含数千个 GaAs 器件，其中有多个芯片的特写，以及外延后的 GaAs 纳米脊阵列的扫描电子显微照片。 半导体精品公众号推荐 专注半导体领域更多原创内容 关注全球半导体产业动向与趋势 今天是《半导体行业观察》为您分享的第4003期内容，欢迎关注。 『半导体第一垂直媒体』 实时 专业 原创 深度 公众号ID:icbank 喜欢我们的内容就点“在看”分享给小伙伴哦 |
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