香港科技大学开发高效结合III-V与硅的新集成技术 有助革新数据通信

盖世汽车讯 据外媒报道，香港科技大学（HKUST）的研究人员开发出新型集成技术，可以将III-V族化合物半导体器件与硅高效集成，从而为实现低成本、大容量、高速和高吞吐量的光子集成奠定基础，促进数据通信的革新发展。

（图片来源：香港科技大学）

与使用电子的传统集成电路或微芯片不同，光子集成电路用的是光子或光粒子。光子集成将光和电子学结合在一起，可以加速数据传输。值得一提的是，硅光子学（Si-photonics）处于革新前沿，能够创建可以同时处理大量数据的高速、低成本连接。

硅能够实现无源光学功能，但难以支持有源功能，例如生成光（激光器）或检测光（光电探测器），而这两者是数据生成与读出的关键组件。为了实现完整的功能和提高效率，需要将III-V族半导体（使用来自周期表第III族和第V族的材料）集成到硅衬底上。

然而，III-V族半导体能够出色地完成有源功能，却无法自然地与硅结合。在新兴跨学科领域学部研究助理教授薛莹和研究教授刘纪美的带领下，该团队发现了能够让III-V族器件与硅高效结合的方法，从而解决了这项挑战。

研究人员开发出名为横向纵横比捕获（LART）的技术。这种新颖的选择性直接外延法可以在绝缘体上硅（SOI）上横向选择性生长III-V族材料，而无需厚缓冲层。

现有文献尚未报告任何集成方法能够解决有关高耦合效率和高产量的挑战。而这种方法有效地实现了面内III-V族激光器，从而使III-V族激光器与硅可以在同一平面内耦合，具有高效率。薛莹教授表示：“这种方案解决了III-V族器件与硅的失配问题。这实现了III-V族器件的优异性能，让III-V族材料与硅的耦合变得简单高效。”

过去几十年，受大数据、云应用和传感器等新兴技术的推动，数据流量呈指数级增长。通过缩小电子器件的尺寸并提高其运行速度，集成电路（IC，也称为微电子）技术实现了符合摩尔定律（Moore’s Law）的指数级增长，即关于微芯片上的晶体管数量大约每两年翻倍的观察。然而，数据流量的持续爆炸性增长，已将传统电子器件推到了极限。

随着2016年泽字节时代开启，数据的生成、处理、传输、存储和读出规模迅速增长。数据规模的激增，带来严峻的速度、带宽、成本和功耗挑战。因此，光子集成技术应运而生，尤其是硅光子学。

该团队计划进一步证明，与硅波导集成的III-V族激光器能够发挥优异性能，例如阈值低、输出功率高、使用寿命长，并且能够在高温条件下工作。

研究人员表示，在这项技术投入现实生活应用之前，还需要解决一些关键的科学挑战。总体而言，该技术将有助于实现新一代通信，并推动不同新兴应用和研究领域的发展，包括超级计算机、人工智能、生物医学、汽车应用，以及神经和量子网络。