比利時(shí)微電子研究中心(Imec)納米電子學(xué)研究中心和比利時(shí)國(guó)立根特大學(xué)(UGent)演示（聲稱是世界首次）在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）試產(chǎn)線上將磷化銦（InP）激光陣列單片集成在300毫硅襯底上（相關(guān)成果發(fā)表在自然光電子學(xué)上）。

該進(jìn)展為大批量、低成本單片集成激光源的光電子集成電路生產(chǎn)提供了一條新的途徑。這種激光驅(qū)動(dòng)的光電子集成電路會(huì)對(duì)未來邏輯和存儲(chǔ)芯片中的數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生革命性的變革。

在過去的幾年里，云端數(shù)據(jù)中心服務(wù)器間的數(shù)據(jù)通信量的需求呈指數(shù)增長(zhǎng)，隨之而來的還有社交網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)應(yīng)用的迅猛增長(zhǎng)。硅基光電子學(xué)技術(shù)確保了低成本的光纖收發(fā)器制造，反過來也為持續(xù)增長(zhǎng)的服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心容量提供了優(yōu)化的功率效率。但是缺少單片集成的激光光源在某種程度上阻礙了這種技術(shù)的廣泛引用。硅上集成磷化銦基光源目前正推動(dòng)電信網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，然而由于材料間晶格常數(shù)的失配過大使得硅上很難有效集成磷化銦基光源。

Imec和UGent聲稱他們已經(jīng)克服了這些結(jié)構(gòu)上的差異，極大的減少了硅和磷化銦界面處的有害晶格缺陷。利用一種工業(yè)級(jí)的金屬氧化物氣相外延（MOVPE）生長(zhǎng)反應(yīng)器，有選擇的將磷化銦生長(zhǎng)在一個(gè)預(yù)先圖形化的氧化模板上，在300毫米襯底上實(shí)現(xiàn)磷化銦波導(dǎo)管陣列化制備。隨后對(duì)波導(dǎo)管的頂層進(jìn)行周期性格狀結(jié)構(gòu)的刻蝕，為激光運(yùn)轉(zhuǎn)提供所需的光反饋。

所有測(cè)試器件都演示了激光正常運(yùn)轉(zhuǎn)，由一組十個(gè)磷化銦激光器組成。在泵浦光作用下可以在室溫下觀測(cè)到激光器的閾值功率大約在20毫瓦。激光性能沿著陣列變化很小，表明了異質(zhì)外延生長(zhǎng)的磷化銦材料質(zhì)量很高。此外還演示了通過調(diào)節(jié)光柵參數(shù)對(duì)激光波長(zhǎng)的分布進(jìn)行精確控制。

這種新的硅基集成激光器的方式提供了一種大批量激光器的制備方法，該方法已在Imec300毫米CMOS試產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)。最新的研究致力于生長(zhǎng)更復(fù)雜的堆疊層以實(shí)現(xiàn)激光的電子注入，1300納米波段的發(fā)射，以及硅基波導(dǎo)器件的集成。

這項(xiàng)工作已經(jīng)實(shí)施并被列入Imec's產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟計(jì)劃光輸入/輸出的一部分，致力于發(fā)展應(yīng)用于高寬帶芯片級(jí)輸入輸出的可拓展硅基光互聯(lián)技術(shù)。同時(shí)，歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)對(duì)該超低功耗光電子集成電路的工作給予了資金支持，該計(jì)劃旨在研究新型低功耗有源光電子器件，為下一代電子和光電子集成電路奠定基礎(chǔ)。

比利時(shí)微電子研究中心在光輸入/輸出的研究工作與許多重要伙伴展開合作，包括華為、格羅方德、英特爾、微軟、松下、高通、三星、海力士、索尼和臺(tái)積電。（工業(yè)和信息化部電子科學(xué)與技術(shù)情報(bào)研究所  曹惠文  唐旖濃）