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半導(dǎo)體激光器

研發(fā)人員實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破,開發(fā)出一種新型激光器

來源:激光天地2020-04-07 我要評(píng)論(0 )   

計(jì)算機(jī)芯片中的晶體管是電力性工作元件。如果能為計(jì)算機(jī)芯片插上“光學(xué)傳輸”的翅膀,數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣葘⒋蟠筇嵘?。因此,研究人員一直致力于尋找將激光直接集成到硅芯片...

計(jì)算機(jī)芯片中的晶體管是電力性工作元件。如果能為計(jì)算機(jī)芯片插上“光學(xué)傳輸”的翅膀,數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣葘⒋蟠筇嵘?。因此,研究人員一直致力于尋找將激光直接集成到硅芯片中的方法。據(jù)《自然·光子學(xué)》雜志近日?qǐng)?bào)道,法國(guó)巴黎納米科學(xué)與技術(shù)中心(C2N)、意法半導(dǎo)體公司(STME)和格勒諾布爾公司(CLG)等向著這一目標(biāo)前進(jìn)了一步。他們開發(fā)了一種可兼容的鍺-錫半導(dǎo)體激光器,其效率可與傳統(tǒng)砷化鎵半導(dǎo)體激光器相媲美。

氮化硅和鋁構(gòu)成的“應(yīng)力層”上涂覆有幾微米厚的鍺-錫層。在氮化硅晶格的定向作用下,研究人員可以獲得光學(xué)放大效果。

光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率和傳輸范圍均優(yōu)于電子處理模式,并且能耗更低。在未來,光學(xué)解決方案將更多地應(yīng)用于板-板和芯片-芯片級(jí)短距離數(shù)據(jù)傳輸。其中,人工智能系統(tǒng)因?yàn)樾枰浫氪罅繑?shù)據(jù)訓(xùn)練算法,將由此受益匪淺。

研發(fā)人員實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破,開發(fā)出一種新型激光器

FSJ研究人員Detlev Grützmacher教授解釋說:“目前,廉價(jià)激光器是我們?nèi)狈Φ淖铌P(guān)鍵組件。能夠與硅基CMOS技術(shù)兼容的電泵激光器將是理想的選擇。然而,純硅是一種‘間接半導(dǎo)體’,不適合作為激光材料。為此,研究人員一般會(huì)選擇III-V族化合物復(fù)合半導(dǎo)體為替代品,然而它們的晶格結(jié)構(gòu)與硅完全不同。因此,激光元件只能先在外部制造,然后再進(jìn)行集成。這樣的處理方式導(dǎo)致了成本的激增?!?/p>

相比之下,鍺-錫激光器可以直接在CMOS生產(chǎn)過程中制造。早在2015年,F(xiàn)SJ的研究人員就證實(shí)過,鍺-錫系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射,而且錫含量是影響激光器性能的決定性因素。FSJ研究人員Dan Buca博士說:“從本質(zhì)上講,純鍺是一種與硅類似的間接半導(dǎo)體。錫使其轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃旒す庠吹闹苯影雽?dǎo)體?!?/p>

FSJ開發(fā)的外延生長(zhǎng)工藝技術(shù)已經(jīng)被全球多個(gè)研究小組所采用。通過進(jìn)一步提高錫含量,激光器已經(jīng)能夠在0℃下工作。然而,錫含量過高又會(huì)降低激光效率。

研究人員Nils von den Driesch說:“為了使激光器具有相對(duì)較高的泵浦功率,我們以增加材料應(yīng)力的方式彌補(bǔ)了錫含量降低導(dǎo)致的性能損失。”通過優(yōu)化錫含量和泵浦功率,激光器產(chǎn)生的余熱非常少,成為第一款既能在脈沖狀態(tài)下工作,又能在連續(xù)工作狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)的IV族半導(dǎo)體激光器。

除用于光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸外,新型激光器還在紅外技術(shù)、夜視系統(tǒng)和氣體傳感器等方面有潛在應(yīng)用價(jià)值。

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激光材料鍺-錫激光器
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