硅基磷化铟异质集成片上光源研究取得新进展

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员游天桂、欧欣课题组，基于“离子刀”异质集成技术成功制备出高质量晶圆级硅基磷化铟（InP）单晶薄膜异质衬底（InPOS），并进一步制备了性能优异的晶圆级硅基1.55 μm通讯波段法布里-珀罗腔（FP）腔激光器。相关研究成果在线发表于《光：科学与应用》。

研究团队基于离子束剥离技术，制备了高质量大尺寸异质集成硅基InP晶圆，随后在异质集成衬底上生长1.55 μm激光器结构，在“异质”衬底上实现了近似“同质”外延效果的单片集成片上光源。外延后未观察到直接异质外延当中常见的高密度位错，且表面仍具备极低的粗糙度，打破了传统异质外延中的“失配枷锁”。进一步地，研究团队基于此技术路线在晶圆级异质衬底上制备了高性能FP腔C波段激光器。硅基激光器在连续波模式高温条件下展现出了超越体材料器件的热稳定性、更低的自热效应以及更高的工作温度，CW和Pulsed模式下的输出曲线以及激射波长红移速度对比均验证了剥离所得硅基InP薄膜质量和InP体材料的可比拟性。

异质集成晶圆级硅基InP衬底、器件示意图以及硅基器件和体材料器件性能对比  图片来源于《光：科学与应用》

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-024-01389-2