Imec和UGent首次演示300毫米硅单片生长磷化铟激光阵列

比利时微电子研究中心(Imec)纳米电子学研究中心和比利时国立根特大学(UGent)演示（声称是世界首次）在互补金属氧化物半导体（CMOS）试产线上将磷化铟（InP）激光阵列单片集成在300毫硅衬底上（相关成果发表在自然光电子学上）。

该进展为大批量、低成本单片集成激光源的光电子集成电路生产提供了一条新的途径。这种激光驱动的光电子集成电路会对未来逻辑和存储芯片中的数据传输产生革命性的变革。

在过去的几年里，云端数据中心服务器间的数据通信量的需求呈指数增长，随之而来的还有社交网络、云计算和大数据应用的迅猛增长。硅基光电子学技术确保了低成本的光纤收发器制造，反过来也为持续增长的服务器和数据中心容量提供了优化的功率效率。但是缺少单片集成的激光光源在某种程度上阻碍了这种技术的广泛引用。硅上集成磷化铟基光源目前正推动电信网络的长远发展，然而由于材料间晶格常数的失配过大使得硅上很难有效集成磷化铟基光源。

Imec和UGent声称他们已经克服了这些结构上的差异，极大的减少了硅和磷化铟界面处的有害晶格缺陷。利用一种工业级的金属氧化物气相外延（MOVPE）生长反应器，有选择的将磷化铟生长在一个预先图形化的氧化模板上，在300毫米衬底上实现磷化铟波导管阵列化制备。随后对波导管的顶层进行周期性格状结构的刻蚀，为激光运转提供所需的光反馈。

所有测试器件都演示了激光正常运转，由一组十个磷化铟激光器组成。在泵浦光作用下可以在室温下观测到激光器的阈值功率大约在20毫瓦。激光性能沿着阵列变化很小，表明了异质外延生长的磷化铟材料质量很高。此外还演示了通过调节光栅参数对激光波长的分布进行精确控制。

这种新的硅基集成激光器的方式提供了一种大批量激光器的制备方法，该方法已在Imec300毫米CMOS试产线上进行生产。最新的研究致力于生长更复杂的堆叠层以实现激光的电子注入，1300纳米波段的发射，以及硅基波导器件的集成。

这项工作已经实施并被列入Imec's产业联盟计划光输入/输出的一部分，致力于发展应用于高宽带芯片级输入输出的可拓展硅基光互联技术。同时，欧洲经济委员会对该超低功耗光电子集成电路的工作给予了资金支持，该计划旨在研究新型低功耗有源光电子器件，为下一代电子和光电子集成电路奠定基础。

比利时微电子研究中心在光输入/输出的研究工作与许多重要伙伴展开合作，包括华为、格罗方德、英特尔、微软、松下、高通、三星、海力士、索尼和台积电。（工业和信息化部电子科学与技术情报研究所  曹惠文  唐旖浓）