歐洲科研團(tuán)隊(duì)推出發(fā)光硅鍺合金，使硅激光器觸手可

  ICC訊 根據(jù)CSC化合物半導(dǎo)體消息，來(lái)自埃因霍溫技術(shù)大學(xué)(TU/e)和慕尼黑技術(shù)大學(xué)(TUM)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)目前已成功開(kāi)發(fā)出發(fā)光的硅鍺合金。因此，能夠集成到當(dāng)今芯片中的硅激光器的開(kāi)發(fā)是第一次觸手可及。

  在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)里，研究人員試圖制造硅基或鍺基激光器，但沒(méi)有成功。硅通常在立方晶格中結(jié)晶。這種形式不適合把電子轉(zhuǎn)換成光。

  埃因霍溫技術(shù)大學(xué)的研究人員與慕尼黑技術(shù)大學(xué)、杰納大學(xué)和林茨大學(xué)的同事一道，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出由鍺和硅制成的能夠發(fā)光的合金。

  關(guān)鍵的一步是用六方晶格的鍺和硅生產(chǎn)鍺和合金的能力?！斑@種材料有一個(gè)直接的帶隙，因此可以自己發(fā)光，”TUM半導(dǎo)體量子納米系統(tǒng)教授喬納森·芬利說(shuō)。

歐洲研究小組開(kāi)發(fā)了發(fā)光硅鍺合金，其性能幾乎與InP或GaAs相當(dāng)

  模板技巧

  埃里克·巴克斯和他在圖埃因霍溫的團(tuán)隊(duì)早在2015年就首次生產(chǎn)了六角硅。他們首先用另一種材料制成的納米線生長(zhǎng)出六角晶體結(jié)構(gòu)。作為鍺硅外殼的模板，底層材料施加在其六邊形晶體結(jié)構(gòu)上。

  然而，最初，這些結(jié)構(gòu)不能被刺激發(fā)光。通過(guò)與慕尼黑技術(shù)大學(xué)沃爾特·肖特基研究所(Walter Schottky Institute)的同事們交換意見(jiàn)，他們分析了每一代人的光學(xué)特性，最終將生產(chǎn)工藝優(yōu)化到納米線確實(shí)能夠發(fā)光的完美程度。

  巴克斯說(shuō)：“與此同時(shí)，我們的性能幾乎可以與InP或GaAs相媲美?！?。因此，用鍺硅合金制造的、能夠集成到傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中的激光似乎只是一個(gè)時(shí)間問(wèn)題。

  喬納森·芬利說(shuō)：“如果我們能夠通過(guò)光學(xué)手段實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)和芯片間的電子通信，速度可以提高1000倍?！?。此外，光學(xué)和電子學(xué)的直接結(jié)合可以大大降低自動(dòng)駕駛汽車中激光雷達(dá)芯片、醫(yī)療診斷用化學(xué)傳感器以及空氣和食品質(zhì)量測(cè)量的成本

  'Direct Bandgap Emission from Hexagonal Ge and SiGe Alloys' by E. M. T. Fadaly et al; Nature, 8. April 2020

  順帶一提，復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)在2018年宣布成功研制出全硅激光器，該成果在Science Bulletin以快報(bào)形式報(bào)道。為了大幅增強(qiáng)硅的光增益，復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)借鑒并發(fā)展一種高密度硅納米晶薄膜生長(zhǎng)技術(shù)，顯著地提高硅發(fā)光層的發(fā)光強(qiáng)度。同時(shí)，為克服通常氫鈍化方法無(wú)法充分飽和懸掛鍵缺陷這一問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種新型的高壓低溫氫鈍化方法，使得硅發(fā)光層的光增益一舉達(dá)到通常III-V族激光材料(如GaAs、InP等)的水平。

  在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和制備了相應(yīng)的分布反饋式(DFB)諧振腔，最終成功獲得光泵浦DFB型全硅激光器。