上海交大深入推進“室溫通訊波段硅基激光器”研究

2019-06-13 來源:上海交通大學 我要評論(0) 字號:

近日,上海交通大學密西根學院教師但亞平主持申報的“室溫通訊波段硅基激光器”項目獲2019年度上海市教育委員會科研創新計劃重大項目資助,項目執行期為5年,資助經費總額300萬元。交大密西根學院萬文杰教授與電子信息與電氣工程學院周林杰教授為該項目的共同參與人。

全硅基光電子系統原理圖

硅基光電子是下一代通信技術的關鍵技術,但該技術的發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,也不能發射通訊波段光波。在硅中摻雜鉺元素從而使硅襯底變成發光材料的方法,近來引起廣泛關注。摻入的鉺元素在硅襯底中引入俘獲態,硅中的電子空穴對可在此復合并發射通訊波段光。但是由于其他能態的存在,使得室溫下的發光效率極低,室溫下量子效率不足0.1%。為了提高室溫下的發光效率,研究人員一直在尋找優化方法。

鉺摻雜硅基發光二極管

但亞平課題組在前期研究中,對鉺注入的硅襯底進行了特種退火處理,大幅降低了非輻射復合中心濃度,將樣品的室溫量子效率提高到14%(提高了兩個數量級以上),并且實現了室溫條件下的硅基發光二極管(LED)。該項目擬進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、光調制器、 光探測器和光波導集成在同一片芯片上,有望實現完全集成的硅基光電子系統,確立我國在該領域的國際領導地位。

經過半個多世紀的發展,集成電路產業已經成為全世界經濟和社會發展的戰略性產業,帶動著汽車工業、消費電子、航空航天等多個行業的發展。在我國,集成電路產業更是舉足輕重,高端芯片制造和設計技術缺乏、長期依賴進口,成為抑制我國產業升級和經濟轉型的瓶頸,發展集成電路產業已確立為我國國家產業戰略。

集成電路產業的成功發展主要依賴集成電路中場效應晶體管(MOSFET)尺寸不斷縮小,從而使得性能不斷提高而成本不斷降低。集成電路發展至今,電路工作頻率越來越受限于芯片內金屬連線而非場效應晶體管本身的速度。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,即實現硅基光子器件與CMOS場效應晶體管片上集成(全硅基光電子系統),成為未來通信技術的研究重點和主要趨勢。

上海市教委設立科研創新計劃旨在穩定資助一批高校優秀科研工作者潛心科研工作,圍繞人文社會科學領域重大理論問題和自然科學前沿基礎研究領域的新知識、新原理、新方法,開展前瞻性研究,以期獲得重大原始創新成果。

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主題閱讀: 上海交通大學  集成電路

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