世界上最小的GaN激光芯片，可在硅襯底上批量生產！
2022-12-02 12:45:14 EETOP京瓷(Kyocera)最近宣布在硅(Si)襯底上生長一種新型氮化鎵(GaN)激光芯片，這是光電子技術持續(xù)小型化的一個重要里程碑。這款新開發(fā)的芯片是在Si上生產的最小激光源之一，這要歸功于京瓷的一種新的GaN生長工藝。
除了小于100μm的激光器的原始優(yōu)點外，京瓷的進步還表明了進一步將光學和電子領域聯(lián)合起來的更大趨勢。激光和光纖技術已經為設計人員提供了新的高速通信方法。未來光電子設備集成度的提高為光學和電子領域提供了不必要的靈活性和互操作性。
在本文中，我們將研究京瓷的公告以及其他激光芯片技術，以了解進一步小型化光電子學的動機和方法。
提高硅基氮化鎵的生產效率
氮化鎵光電子器件的主要障礙之一是器件制造技術相對年輕。與著名的CMOS工藝相比，生長氮化鎵器件的方法仍然是新的和半實驗性的。在一個典型的情況下，氮化鎵器件可能生長在藍寶石或氮化鎵襯底上，然后被 "剝離 "出來以隔離器件本身。
這種工藝有其固有的缺點，首先是成本。氮化鎵的生長通常需要昂貴的襯底，而便宜的硅襯底由于剝離的困難而無法使用。此外，由于晶格不兼容，在藍寶石上生長氮化鎵會增加缺陷的數(shù)量。最后，剝離的物理行為往往會損壞器件，造成高度的工藝效率低下。
為了解決這些問題，京瓷研究人員開發(fā)了一種新工藝，該工藝不依賴于昂貴的材料，并且可以簡化剝離過程。從硅襯底開始，京瓷形成了一個小的GaN層。然后，研究人員在帶有開口的晶圓頂部沉積了一個未生長的掩模。通過這個開放，GaN可能會增長。在開口上生長的GaN仍然包括缺陷，因為掩模上不會發(fā)生生長。GaN從開口橫向生長，在較便宜的襯底上產生高質量的GaN，同時將缺陷隔離到小面積。通過這個過程，由于面膜提供的隔離，剝離變得微不足道。
京瓷的研究人員已經想到了新創(chuàng)建的光電器件的應用。高效的微光源可用于需要小而明亮照明的應用，例如自動運輸。此外，新型GaN激光源可用于成像或高速通信等許多領域。
京瓷并不是唯一一家在光電子創(chuàng)新方面。2021 年 7 月，加州大學圣巴巴拉分校的研究人員開發(fā)了一種高度可擴展的激光器和微梳（Microcomb ），能夠增加光學系統(tǒng)的可用通信通道，同時保持單芯片解決方案的可擴展性。在這項工作的基礎上，發(fā)表在Nature Photonics上的一項研究表明，單芯片通信速度高達1.84 Pbit/s，理論目標是100 Pbit/s。
光電正在努力構建更小、更具可擴展性的設備，同時對整體性能的影響很小。
京瓷公司新的GaN生長過程，加上學術界展示的可擴展設計，可能標志著從電動通信系統(tǒng)到基于光學的通信系統(tǒng)大修的開始。此外，無縫集成片上光學器件的能力為設計人員提供了開發(fā)下一代集成器件時使用的另一種工具。
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