香港科技大学团队开发方法将III-V和硅集成起来

采用选择性直接外延的新型集成方案

香港科技大学（HKUST）的研究人员通过选择性直接外延，开发了一种新型集成方案，用于III-V化合物半导体器件与硅光子学（Si photonics）平台上的硅元件之间的高效耦合。

他们表示，他们的方法释放了将高能效光子学与经济高效的电子技术相结合的潜力，并以低成本、高速和大容量实现下一代电信。

虽然硅基无源元件已经在硅光子学平台上得到了很好的建立，但激光器和光电探测器不能由硅实现，需要在硅上集成其他材料，如III-V族化合物半导体。

通过两种主要方法研究了硅上的III-V激光器和光电探测器。第一种是基于键合的方法，该方法产生了性能令人印象深刻的器件。然而，它需要低产量和高成本的复杂制造技术，使得大规模生产非常具有挑战性。另一种方法是通过在硅上生长多个III-V层的直接外延法。

虽然它提供了一种成本更低、可扩展性更大、集成密度更高的解决方案，但微米厚的III-V缓冲层（对于该方法至关重要）阻碍了III-V和硅之间的有效光耦合，而III-V是集成Si光子的关键。

为了解决这些问题，香港科技大学（HKUST）电子与计算机工程系名誉教授Kei-May LAU领导的团队开发了横向纵横比俘获（LART），这是一种新型的选择性直接外延方法，可以在绝缘硅（SOI）上横向选择性生长III-V材料，而无需厚缓冲层。

“我们最新开发的一种叫做横向纵横比捕获（LART）的新型生长技术使之成为可能，还有我们在SOI平台上独特的耦合策略设计。我们的团队在器件物理和生长机制方面的专业知识和见解使我们能够完成III-V和Si之间的有效耦合以及外延生长和器件性能的交叉相关分析这一具有挑战性的任务。”

该研究的第一作者Ying Xue博士表示：“这项工作将为光子集成电路和全集成硅光子学提供实用的解决方案，III-V族激光器和硅组件之间的光耦合可以通过这种方法实现。”

这是一项与香港中文大学电子工程系曾基文教授领导的研究团队和中山大学电子与信息技术学院蔡新伦领导的研究小组合作的工作。

这项工作中的器件制造技术是在香港科技大学位于清水湾校区的纳米系统制造设施（NFF）开发的。这项工作得到了香港研究资助委员会和香港创新技术基金的支持。这项工作最近发表在Optica上。