利用电子电路的传统集成电路，通过摩尔定律推动电子器件的体积缩小、性能增加，从而推动数据流量的进一步增长。
根据摩尔定律，电子器件上可以容纳的晶体管数量，大概每两年增加一倍。而数据流量的不断激增，给电子器件的带宽、速率、本钱和功耗等诸多方面都带来了较大的寻衅。
换言之，传统电子设备的发展即将到达极限。
此时，利用光子或光粒子将光与电子进行结合的光子集成电路，尤其是硅基光电子器件，因能够建立高速、低本钱的连接，并实现对大量数据的一次性处理，在数据通信领域具有显著上风。
从硅基光电子学技能目前的发展来看，以硅材料为根本的微电子器件已经能够处理被动光学功能，但却很难有效地完成主动任务，比如产生光（激光）或检测光（光电探测器）等数据天生和读取时须要用到的关键步骤。
那么，要想在完成主动功能的同时增强器件的性能，就必须在硅基底上集成 III-V 族半导体化合物，也便是元素周期表中 III 族和 V 族的材料。
可问题是，如今 III-V 族半导体化合物还无法与硅实现良好的合营。
近期，来自喷鼻香港科技大学的薛莹研究助理教授和该校刘纪美（Kei-May Lau）教授，带领团队设计出一种名为横向纵横比捕获（lateral aspect ratio trapping，LART）的方法。
图丨薛莹（来源：资料图）
据先容，其作为一种选择性直接外延成长的技能，能够在不须要厚缓冲层的条件下，在绝缘的硅衬底（silicon-on-insulator，SOI）上，横向选择性地成长 III-V 族材料。
基于该技能，研究职员在 SOI 晶圆上制造了 III-V 分布式反馈激光器，能与硅层呈共平面配置，实现 III-V 族激光器与硅波导之间的高效耦合。
其余，这种分外的 III-V 族绝缘层构造，还为激光器供应了良好的光学约束。
据理解，该光泵浦分布式反馈激光用具有约 17.5µJcm-2 的低激光阈值、1.5µm 的稳定单模激光、超过 35dB 的边模抑制比和 0.7 的自发辐射系数。
这些数据结果也充分表明，单片成长激光器在晶圆级硅光子集成电路方面迈出了主要一步，或将推动集成硅基光电子学领域的发展。
近日，干系论文以《在（001）SOI 上选择性成长的面内 1.5µm 分布式反馈激光器》（In-Plane 1.5 µm Distributed Feedback Lasers Selectively Grown on（001）SOI）为题在 Laser & Photonics Reviews 上揭橥，并当选为期刊封面[1]。薛莹是第一作者，刘纪美担当通讯作者。
图丨干系论文（来源：Laser & Photonics Reviews）
“我们的方法办理了 III-V 族器件与硅的不匹配问题，实现了 III-V 族器件的精良性能，并使 III-V 族器件与硅的耦合变得更加高效。”薛莹对媒体表示。
图丨Laser & Photonics Reviews 期刊当期封面（来源：Laser & Photonics Reviews）
不过，须要解释的是，虽然该技能有望在传感和激光雷达、生物医学、人工智能、神经和量子网络等研究领域得到运用，但要想将它更好地运用于现实生活，还必须战胜一些关键的科学寻衅。
因此，基于目前的研究，该课题组打算从高输出功率、龟龄命、低阈值、高温下事情等维度入手，进一步增强与硅波导集成的 III-V 族激光器的能力。
其余，值得一提的是，薛莹目前的研究兴趣紧张集中在集成光子学、电子光子集成电路、硅光子学、纳米光子学等领域，并已经在以高效、可扩展和低本钱的办法，缓解基于硅的光子集成电路的性能限定方面，做出了主冲要破与创新。
基于此，她曾在近期荣获 2023 年 Optica 基金会寻衅赛帮助的 10 万美元奖金，该奖项旨在表彰 10 名在利用光学和光子学，并办理环球问题方面具有精彩想法的早期职业专业职员。显而易见，这笔帮助将有助于推进她接下来的研究。
参考资料：
1. Xue, Y., Li, J., Wang, Y., Xu, K., Xing, Z., Wong, K.S., Tsang, H.K. and Lau, K.M.In-Plane 1.5 µm Distributed Feedback Lasers Selectively Grown on (001) SOI (Laser Photonics Rev. 18(1)/2024). Laser & Photonics Reviews 18: 2470006（2024）. https://doi.org/10.1002/lpor.202470006
https://www.eurekalert.org/news-releases/1034653
https://hkust.edu.hk/news/research-and-innovation/hkust-researchers-develop-new-integration-technique-efficient-coupling
https://news.hkust.edu.hk/news/prof-ying-xue-won-us100000-optica-foundation-challenge-2023
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