OEA | 一种先进的硅基底上制备III-V族材料的光子集成技术【美国惠普实验室】
来源:光电显示
2021/11/10 13:12:15

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文章 | Hu YT, Liang D, Beausoleil RG. An advanced III-V-on-silicon photonic integration platform. Opto-Electron Adv 4, 200094 (2021)

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研究背景

从食品工业到时尚工业,再到半导体工业,将不同的材料组合在一起,同时发挥各自的优势,甚至创造出新的功能,一直是我们在日常研究中想要达到的效果。硅光子学中更倾向于将III-V族半导体材料集成到硅衬底上,以实现片上光源。

在各种集成方法中,利用晶圆键合技术将III-V族材料非均匀地集成到硅衬底上是目前最流行的一种,并已应用在商业产品中。另一方面,在硅衬底上直接外延生长III-V族材料层的方法同样引起了人们巨大的研究兴趣,因为从长远来看,它极有可能成为超高密度集成的最终解决方案。除了上述III-V-on-silicon(硅衬底上制备III-V族半导体材料)的光子集成方法外,一种新兴的通过在晶圆键合的衬底上外延再生长材料的III-V-on-silicon光子集成方法也引起了人们的广泛关注。


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研究亮点

来自美国惠普实验室、III-V实验室索菲亚大学的研究小组针对这项先进的集成方案开展了很多研究,并分别展示了基于此技术的激光器。通过使用晶圆键合技术在硅衬底上创建一个本地模板,在模板上进行相应的晶格匹配外延。这种先进的集成方法旨在通过直接外延和晶圆键合技术提供高质量的III-V-on-silicon光子集成方案。

作为该课题的主要研究力量之一,惠普实验室的研究人员回顾了不同研究小组关于晶圆键合模板再生集成平台的最新研究工作。随着人们对集成模板发展异同的研究以及对外延生长和激光器制备技术的比较和分析,晶圆键合模板再生的新概念已经引起人们越来越多的兴趣,而且潜力巨大。进一步的分析讨论表明,该方法具有许多潜在优势,例如这种技术可以在硅衬底上提供高质量的激光材料,并且与其他现有的III-V-on-silicon集成方法相比更具有成本优势。特别是,除了硅光子学的片上光源和其他功能设备的巨大实用性外,惠普实验室的研究人员还认为,这种集成概念是将不同材料组合到不同基板上的通用方法。值得期待的是,该集成平台将应用于低成本、高产量、高集成密度的光子集成应用中,以及更广阔的先进材料组合领域。

 

 

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图1 在晶圆键合模板上利用外延再生技术制备器件的SEM图像,以及测量的器件LI曲线

该工作以“An advanced III-V-on-silicon photonic integration”为题发表在英文期刊Opto-Electronic Advances 2021年第9期。该工作还被包括AlphaGalileoEurekAlert!在内的多家科学新闻平台评论报道:

AlphaGalileo

https://www.alphagalileo.org/en-gb/Item-Display/ItemId/213778

EurekAlert!

https://www.eurekalert.org/news-releases/931895


研究团队简介

惠普实验室是一家国际性研究机构,总部和最大的实验室位于美国加利福尼亚州的米尔皮塔斯。作为惠普的核心研究机构,惠普实验室的目的是通过投资惠普感兴趣领域内的基础科学和技术,提供突破性的技术和成果,为惠普公司提供竞争优势。实验室的研究主要集中在以下领域:面向服务的下一代高性能计算和物联网技术、消费者系统以及新兴的颠覆性技术。大型集成光子学 (Large-Scale Integrated Photonics, LSIP)实验室是一个世界知名的工业研究团队,在集成光子学、纳米光子学和量子光学领域有着杰出的研究成果,近期在Nature、Nature Photonics、Optica、Physical Review Letters等期刊上发表了多篇文章。目前的主要研究课题是硅和III-V族化合物半导体光学。实验室的长远研究目标是实现高效、低延迟、高速的光子互连系统,以及实现HPE超级计算机、数据中心等业务的新型计算架构。


论文原文:

Hu YT, Liang D, Beausoleil RG. An advanced III-V-on-silicon photonic integration platform. Opto-Electron Adv 4, 200094 (2021)


在线阅读及免费下载网址:

https://www.oejournal.org/article/doi/10.29026/oea.2021.200094