【产通社，2月12日讯】硅光子电路连接服务器机架，并在化学传感器、生物传感器和自动驾驶汽车的激光雷达（LiDAR）中发挥关键作用。但是这些设备需要一个外部光源，或者多步制造过程才能将激光带到硅片上，不能用硅本身制造出高质量的激光器。最好的激光材料，也就是像砷化镓（GaAs）这样的化合物半导体，和硅也玩不好。

回避用硅制造激光器的技术缺陷

1月28日，在旧金山举行的SPIE Photonics West大会上，来自比利时电子研究组织Imec的研究人员描述了一种似乎可以回避这些问题的技术，这种技术使得使用现有的工艺和材料直接在标准300毫米硅片上生长砷化镓激光器成为可能。

硅光子器件通常使用位于芯片外的激光器，或者需要各种变通办法将激光器安装在芯片上。工程师可以将砷化镓芯片或小晶片粘合到硅波导上，然后在上面制造激光器，这一过程需要专门的设备，会造成材料浪费。或者，他们可以将完成的激光转移到硅片上。转移过程需要仔细的调整，并且需要很大的精力和时间。

作为制造过程的一部分，直接在硅上生长激光器是一个很有吸引力的技术——它应该有可能以更低的成本、更大的规模和更高的速度制造这些设备。但必要的发光材料，由元素周期表第三和第五列的元素制成的化合物半导体，对硅不起作用。这些III-V族半导体的晶体结构与硅的晶体结构不一致。因此，当它们生长在硅上时，它们会变形扭曲，产生致命的缺陷。

纳米脊激光器

Imec团队已经找到了一种方法，通过接受和限制这种缺陷来解决这种材料不匹配的问题。他们不是直接在硅片上生长激光器，而是先在硅片上覆盖一层二氧化硅，然后沿着硅片表面切割出箭头形状的沟槽，就像种植前犁过的田地一样。接下来，他们在沟槽内沉积砷化镓，使其仅接触沟槽底部的硅。Imec产品工程师Didit Yudistira告诉Photonics West的与会者，由于这种不舒服的晶体接触，缺陷在沟槽内积累，但它们实际上被埋在那里。缺陷不会扩散到生长在沟槽顶部的III-V族材料的纳米级脊中，从而形成纳米脊激光器（Nanoridge Lasers）的有源部分。

为了完成激光器，Imec小组沿着脊生长更多的砷化镓，并嵌入铟镓砷层，以帮助控制光的波长。这些装置最后配有电触点和镜子。Imec团队已经在300毫米硅片上制造了数百个这种化合物半导体激光器和光电探测器，这一尺寸用于先进的晶圆厂。

Imec的研究人员在一月份的《自然》杂志上描述了这一结果。在科学论文附带的评论中，科克大学（University College Cork）光子学研究员Brian Corbett 写道，这种方法“可以提供一种可扩展的低成本方法来生产光子电路。”

纳米脊激光器的工作波长约为1020纳米，比通常用于电信的波长要短。目前，该小组现在正致力于制造波长稍长的激光设备。纳米脊激光器也显示出一些磨损的迹象，因为半导体材料在与设备的电接触处会产生一些缺陷，他们正在研究一种不同的设计来防止这个问题。（镨元素，产通数造）