研究人员开发了一种新的集成技术，用于III-V族和硅的有效耦合

香港科技大学（HKUST）的研究人员开发了一种新的集成技术，用于III-V化合物半导体器件和硅的高效集成，为低成本、大容量、高速和高吞吐量的光子集成铺平了道路，这可能会彻底改变数据通信

与使用电子的传统集成电路或微芯片不同，光子集成电路使用光子或光粒子。光子集成将光和电子技术结合起来，以加快数据传输。硅光子学（Si photonics）尤其处于这场革命的前沿，因为它能够创建高速、低成本的连接，可以同时处理大量数据

虽然硅可以处理被动光学功能，但它很难处理主动任务，如产生光（激光）或检测光（光电探测器）——这两个都是数据生成和读出的关键组件。这需要将III-V族半导体（其使用来自周期表第III族和第V族的材料）集成到硅衬底上以实现完整的功能和提高的效率

但是，尽管III-V族半导体能很好地完成主动任务，但它们与硅的配合自然不好。该团队由研究助理教授薛莹教授和新兴跨学科领域部（EMIA）研究教授刘凯梅教授领导，通过找到一种使III-V器件与硅高效工作的方法来应对这一挑战

他们开发了一种名为横向纵横比捕获（LART）的技术，这是一种新的选择性直接外延方法，可以在不需要厚缓冲的情况下，在绝缘体上硅（SOI）上沿横向选择性生长III-V材料

虽然文献中没有报道的集成方法能够以高耦合效率和高生产量解决这一挑战，但他们的方法实现了面内III-V激光器，使得III-V激光可以与Si在同一平面内耦合，这是有效的

“我们的方法解决了III-V器件与Si的失配问题。它实现了III-V-器件的优异性能，并使III-V与Si的耦合变得简单有效，”薛教授说

在过去几十年中，在大数据、云应用程序和传感器等新兴技术的推动下，数据流量呈指数级增长。由于摩尔定律（Moore’s Law），集成电路（IC）领域，也被称为微电子技术，通过使电子设备更小更快，实现了这一增长。摩尔定律观察到，微芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番。但数据流量的持续爆炸已经将传统电子设备推向了极限

2016年Zettabyte时代的开始，迎来了数据生成、处理、传输、存储和读出的飞速增长。数据的激增带来了速度、带宽、成本和功耗方面的严峻挑战。这就是光子集成，特别是硅光子学的用武之地。

在接下来的步骤中，该团队计划证明与硅波导集成的III-V族激光器可以表现良好，例如具有低阈值、高输出功率、长寿命和在高温下工作的能力

她说，在这项技术被用于现实生活之前，还有一些关键的科学挑战需要解决。但它将实现新一代通信和各种新兴应用和研究领域，包括超级计算机、人工智能、生物医学、汽车应用以及神经和量子网络

这项研究最近发表在《激光与光子评论》杂志上