硅表面生長(zhǎng)納米激光器技術(shù)問(wèn)世
據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分�？茖W(xué)家利用新技術(shù)直接在硅表面生長(zhǎng)出了極微小的納米柱，形成一種亞波長(zhǎng)激光器，這一成果將為制造納米光學(xué)設(shè)備如激光器、光源檢測(cè)儀、調(diào)制器、太陽(yáng)能電池等帶來(lái)新的突破。
硅材料奠定了現(xiàn)代電子學(xué)的基礎(chǔ)，但它在發(fā)光領(lǐng)域還有很多不足之處。工程人員轉(zhuǎn)向了另外一族名為III-V半導(dǎo)體的新材料，以此來(lái)制造光基元件，如發(fā)光二極管和激光器。
加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的研究人員通過(guò)金屬—有機(jī)化學(xué)蒸發(fā)沉積的方法，在400攝氏度條件下，用一種III-V族材料銦鎵砷在硅表面生長(zhǎng)出納 米柱。這種納米柱有著獨(dú)特的六角形晶體結(jié)構(gòu)，能將光線控制在它微小的管中，形成一種高效導(dǎo)控光腔。它能在室溫下產(chǎn)生波長(zhǎng)約950納米的近紅外激光，光線在 其中以螺旋形式上下傳播，經(jīng)過(guò)光學(xué)上的相互作用而得以放大。
研究人員指出，將III-V和硅結(jié)合制成單一的光電子芯片面臨的最大障礙是，目前制造硅基材料的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備無(wú)法與制造III-V設(shè)備兼容。 “要讓III-V半導(dǎo)體在硅表面上生長(zhǎng)，與硅制造設(shè)備兼容是關(guān)鍵，但由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面的原因，目前的硅電子生產(chǎn)設(shè)施很難改變。我們選用了一種能和 CMOS（互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體，用于制造集成線路）兼容的生長(zhǎng)工藝，在硅芯片上成功整合了III-V納米激光器。傳統(tǒng)方法生長(zhǎng)III-V半導(dǎo)體，要在 700攝氏度或更高溫度下進(jìn)行，這會(huì)毀壞硅基電子元件。而新工藝在400攝氏度下就能生長(zhǎng)出高質(zhì)量III-V材料，保證了硅基電子元件正常發(fā)揮功能。”主 要研究人員、加州大學(xué)伯克利分校電學(xué)工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)教授康妮·張-哈斯南說(shuō)。
張-哈斯南還指出，這種亞波長(zhǎng)激光器技術(shù)將對(duì)多科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛影響，包括材料科學(xué)、晶體管技術(shù)、激光科學(xué)、光電子學(xué)和光物理學(xué)，促進(jìn)計(jì)算機(jī)、通訊、展示和光信號(hào)處理等領(lǐng)域光電子學(xué)的革命。“最終，我們希望加強(qiáng)這些激光的特征性能，以實(shí)現(xiàn)光子和電子設(shè)備的結(jié)合。”
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