近日，上海交通大學(xué)密西根學(xué)院教師但亞平主持申報(bào)的“室溫通訊波段硅基激光器”項(xiàng)目獲2019年度上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新計(jì)劃重大項(xiàng)目資助，項(xiàng)目執(zhí)行期為5年，資助經(jīng)費(fèi)總額300萬元。交大密西根學(xué)院萬文杰教授與電子信息與電氣工程學(xué)院周林杰教授為該項(xiàng)目的共同參與人。

全硅基光電子系統(tǒng)原理圖

硅基光電子是下一代通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，但該技術(shù)的發(fā)展受限于硅基室溫通訊波段激光器的成功研制。由于硅是間接帶隙半導(dǎo)體，并且硅的禁帶寬度大于通訊波段光子能量，因此硅既不能探測通訊波段光波，也不能發(fā)射通訊波段光波。在硅中摻雜鉺元素從而使硅襯底變成發(fā)光材料的方法，近來引起廣泛關(guān)注。摻入的鉺元素在硅襯底中引入俘獲態(tài)，硅中的電子空穴對可在此復(fù)合并發(fā)射通訊波段光。但是由于其他能態(tài)的存在，使得室溫下的發(fā)光效率極低，室溫下量子效率不足0.1%。為了提高室溫下的發(fā)光效率，研究人員一直在尋找優(yōu)化方法。

鉺摻雜硅基發(fā)光二極管

但亞平課題組在前期研究中，對鉺注入的硅襯底進(jìn)行了特種退火處理，大幅降低了非輻射復(fù)合中心濃度，將樣品的室溫量子效率提高到14%（提高了兩個(gè)數(shù)量級以上），并且實(shí)現(xiàn)了室溫條件下的硅基發(fā)光二極管（LED）。該項(xiàng)目擬進(jìn)一步研究室溫通訊波段硅基激光器，并將該激光器與CMOS 電路、光調(diào)制器、 光探測器和光波導(dǎo)集成在同一片芯片上，有望實(shí)現(xiàn)完全集成的硅基光電子系統(tǒng)，確立我國在該領(lǐng)域的國際領(lǐng)導(dǎo)地位。

經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，帶動(dòng)著汽車工業(yè)、消費(fèi)電子、航空航天等多個(gè)行業(yè)的發(fā)展。在我國，集成電路產(chǎn)業(yè)更是舉足輕重，高端芯片制造和設(shè)計(jì)技術(shù)缺乏、長期依賴進(jìn)口，成為抑制我國產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的瓶頸，發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)已確立為我國國家產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略。

集成電路產(chǎn)業(yè)的成功發(fā)展主要依賴集成電路中場效應(yīng)晶體管（MOSFET）尺寸不斷縮小，從而使得性能不斷提高而成本不斷降低。集成電路發(fā)展至今，電路工作頻率越來越受限于芯片內(nèi)金屬連線而非場效應(yīng)晶體管本身的速度。光纖信號傳輸速度快、損耗低，利用光纖取代芯片上的金屬連線，即實(shí)現(xiàn)硅基光子器件與CMOS場效應(yīng)晶體管片上集成（全硅基光電子系統(tǒng)），成為未來通信技術(shù)的研究重點(diǎn)和主要趨勢。

上海市教委設(shè)立科研創(chuàng)新計(jì)劃旨在穩(wěn)定資助一批高校優(yōu)秀科研工作者潛心科研工作，圍繞人文社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域重大理論問題和自然科學(xué)前沿基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的新知識、新原理、新方法，開展前瞻性研究，以期獲得重大原始創(chuàng)新成果。