香港科技大学研究生，香港科技大学研究生申请条件
长三角G60激光联盟导读
据悉，香港科技大学的研究人员最近开发了一种新颖的集成方案，通过选择性直接外延在Si-photonics平台上将III-V族化合物半导体器件和硅组件有效耦合。
来自香港科技大学的研究：在SOI上生长的高性能硅波导耦合III-V族光电探测器。
过去几年，数据流量呈指数级增长，而由此带来的在大数据、汽车、云应用程序和传感器等各种应用和新兴技术不断地受推动。为了通过节能、高容量和低成本的光学互连实现、扩展和增加数据传输。硅光子学作为一种核心技术被广泛研究。
图2 （a）定义用于III-V族生长和硅波导图案化的硅段。（b） LTO沉积和高温退火。（c）在外延期间产生氧化物开口，以便有足够的气体扩散。（d）对Si进行选择性湿蚀刻以形成侧沟槽。（e）图案化的SOI，具有7微米宽的横向沟槽，用于III-V族材料生长，长Si段用于波导定义。（f）使用直接对接耦合和硅反锥度的耦合方案的顶视图示意图。（g） Si波导和III-V族光电探测器之间的模拟耦合效率，用于设计有和没有Si反锥度的耦合方案。锥度长度，100 μm;尖端宽度，150 nm;波导厚度，480 nm;波导宽度，500 nm。
香港科技大学就硅上的III-V族激光器和光电探测器已经通过两种主要方法进行了研究。虽然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，但对这种方法至关重要的微米级III-V缓冲层阻碍了III-V族和硅之间的高效光耦合。
为了解决这些问题，由香港科技大学（科大）电子及计算机工程学系名誉教授Qimei Liu教授领导的团队开发了横向纵横比捕获（LART），这是一种新颖的选择性直接外延方法，可以在绝缘体上硅（SOI）上选择性地生长III-V族材料，而无需厚缓冲液。
图3 （a） SOI上生长的横向p-i-n结构的彩色增强横截面视图SEM图像。（b）–（f）生长的p-i-n结构的彩色增强光学图像，III-V长度为（b）5.0μm，（c）2.0μm，（d）1.0μm和（e）0.5μm。（f）从5.0μm长度的光电探测器测试的InGaAs的室温PL。
基于这项新技术，该团队设计并展示了III-V族光电探测器和硅元件的独特面内集成，III-V族和硅之间的耦合效率很高。与商用光电探测器相比，这种方法的光电探测器性能更小，灵敏度更高，工作范围更广，创纪录的高速超过112 Gb/s，比现有产品快得多。
图4 （a） 成品硅波导集成光电探测器的俯视图光学图像，包括 III-V PD、锥形硅波导和边缘耦合器。（b）顶视图SEM图像，说明Si波导和III-V PD在同一平面上的耦合。（c）–（e）锥形硅波导在 （c） 最窄、（d） 中间和 （e） 最宽区域的图像。（f） 波导的侧视 SEM 图像显示光滑的侧壁。（g） 用于光纤和片上设备之间耦合的边缘耦合器的俯视图光学图像。
“这得益于我们最新开发的名为横向纵横比捕获（LART）的新型生长技术以及我们在SOI平台上独特的耦合策略设计。我们团队在器件物理和生长机制方面的综合专业知识和见解使我们能够完成III-V族和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的挑战性任务。
“这项工作将为光子集成电路和完全集成的Si-photonic提供实用的解决方案，III-V激光器和Si组件之间的光耦合可以通过这种方法实现，”该研究的第一作者Ying Xue博士说。
这项工作最近发表在Optica上。
来源：High-speed and low dark current silicon-waveguide-coupled III-V photodetectors selectively grown on SOI, Optica (2022). DOI: 10.1364/OPTICA.468129
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