歐洲科研團隊推出發(fā)光硅鍺合金，使硅激光器觸手可

  ICC訊 根據CSC化合物半導體消息，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)團隊目前已成功開(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晶。這種形式不適合把電子轉換成光。

  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半導體量子納米系統教授喬納森·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

  模板技巧

  埃里克·巴克斯和他在圖埃因霍溫的團隊早在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(xiàn)生長(cháng)出六角晶體結構。作為鍺硅外殼的模板，底層材料施加在其六邊形晶體結構上。

  然而，最初，這些結構不能被刺激發(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(xiàn)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)現芯片內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)的直接結合可以大大降低自動(dòng)駕駛汽車(chē)中激光雷達芯片、醫療診斷用化學(xué)傳感器以及空氣和食品質(zhì)量測量的成本

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

  順帶一提，復旦大學(xué)團隊在2018年宣布成功研制出全硅激光器，該成果在Science Bulletin以快報形式報道。為了大幅增強硅的光增益，復旦大學(xué)團隊借鑒并發(fā)展一種高密度硅納米晶薄膜生長(cháng)技術(shù)，顯著(zhù)地提高硅發(fā)光層的發(fā)光強度。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，團隊發(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到通常III-V族激光材料(如GaAs、InP等)的水平。

  在此基礎上，該團隊設計和制備了相應的分布反饋式(DFB)諧振腔，最終成功獲得光泵浦DFB型全硅激光器。