硅光子學是一項快速發展的技術，有望改變通信、計算和感知世界的方式。然而，缺少高度可擴展的、原生互補金屬氧化物半導體(CMOS)集成光源是阻礙廣泛應用的主要因素之一。盡管在硅上混合與異質集成III–V族光源，取得了相當大的進展，但通過直接外延III–V族材料的單片集成，仍然是具有成本效益較高的片上光源。
近日，比利時微電子研究中心 (imec) Yannick De Koninck, Charles Caer, Didit Yudistira，Bernardette Kunert & Joris Van Campenhout等，在Nature上發文，報道了基于一種全新的集成方法，即納米脊工程，在CMOS試驗生產線上，在300-mm Si(001)晶圓上，制造了電驅動砷化鎵(GaAs)基激光二極管。具有嵌入式p-i-n二極管和InGaAs量子阱的GaAs納米脊波導，在晶圓規模上高質量生長。
GaAs nano-ridge laser diodes fully fabricated in a 300-mm CMOS pilot line. 在300-mm CMOS導引線中，制造GaAs納米脊激光二極管。
圖1、片上GaAs NR激光器的晶圓級集成© 2025 Springer Nature
圖2、具有片上光電探測器的GaAs NR激光測試單元，用于片級表征© 2025 Springer Nature
圖3、單面切割GaAs NR激光器的模級測量© 2025 Springer Nature
圖4.蝕刻面GaAs NR激光器的片上測量© 2025 Springer Nature
圖5、蝕刻面GaAs NR激光器的全晶圓尺度測量© 2025 Springer Nature
在晶圓上的300多個器件中，演示了波長約為1.020nm室溫連續波激光，閾值電流低至5mA，輸出功率超過1mW，激光線寬低至46MHz，激光器工作溫度高達55°C。這些結果表明了，在硅光子學平臺中的單片集成激光二極管，III–V/Si納米脊工程概念的應用潛力，有望應用在光學傳感、互連等領域的成本敏感且高容量應用。
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參考文獻： 中國光學期刊網
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