Whoscored中文官网 | 编译自 EurekAlert!-News Release 2023-1-5
片上激光器的大规模多功能应用：a.共封装的以太网交换机，b.量子信息处理, c.微型显示器, d.量子密钥分配(QKD), e. MICRO-COMB, f.光子神经网络, g.激光雷达, h.传感器。
从2017年到2022年，全球消费者互联网流量增长了4倍，年复合增长率为31%。到2022年，它将达到每年4.8ZB，或每月396Exabytes（EB）。光电子集成电路（PIC）被用于催化强大的新技术，以应对这种不断增长的需求，扩大带宽并降低功耗。
由KAUST的Yating Wan教授和UCSB的John Bowers教授领导的科学家团队在eLight上发表了一篇新论文，探讨了片上激光器的机会。他们在题为 "片上激光器的前景和应用 "的论文中评估了其潜在的应用。
在从装配式光学器件过渡到具有紧凑外形尺寸的片上光电子器件时，由于硅具有优越的光学特性和与成熟的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的兼容性，它成为一个明显的选择。硅和二氧化硅之间的巨大反差使得光电子器件可以用紧凑的尺寸制造。在硅-绝缘体（SOI）平台上展示的光学元件的种类范围是非常令人印象深刻的。然而，硅的发射效率很低。片上光源远远落后于硅基光电子器件，成为大规模生产的瓶颈。为了打破这个障碍，在过去的几十年里，片上光源领域出现了大量的研究。在这篇综述中，作者重点讨论了PIC中关键元素的片上集成：一个紧凑、节能和坚固的激光源。他们首先概述了几十年来在探索片上激光器的新材料和集成技术方面的努力，包括混合、异质和单片集成。
英特尔已经交付了超过600万个带有异质集成片上激光器的百兆光模块，创造了超过10亿美元的收入。在单片集成方面，III-V/Si外延的重大改进已经将量子点（QD）技术推向了硅基光电子技术的前沿。尽管硅和III-V族的材料不相容，但对材料缺陷的巨大容忍度使得器件可以高效运行。而大大降低的反射灵敏度反馈具有消除PIC中的光隔离器的可能性。这些激光器的创纪录低阈值电流和高温度稳定性提供了许多新的可能性。
对于QD激光器与硅基光电子学其他部分的有源-无源耦合和共同集成，也已经探索出了几条路径。已经建立了一个单片偏移QD集成平台，允许利用强大的QD活性区域和无源砷化镓波导结构的多功能性形成一个激光腔。
一个异质QD集成平台正显示出非常有希望的结果。III-V类QD和硅之间的协同关系产生了超过纯III-V类QD器件所能实现的卓越器件。随着寿命进入商业相关领域，这种方法有望将光电子集成电路扩展到300毫米甚至450毫米直径的晶圆尺寸，满足大批量应用的需求。
进一步发展硅基光电子技术的最大动力仍然是数据通信。然而，与片上激光器的密集的器件集成对于几个设想中的未来应用来说将是至关重要的。
在评论的第二部分，作者分析了相应的材料系统兼容性和片上器件与器件之间的有效能量通道。评论的重点是片上激光器在各种功能化PIC芯片中的好处和潜在实施，包括光通信和光互连，基于光学相控阵的LiDAR，化学和生物学分析，以及传感器。
不可否认的是，硅基光电子学和硅集成电路的前景太引人注目了。这主要归功于它们能够使用并与已经成熟的高质量CMOS制造工艺无缝集成。CMOS制造工艺能够以较低的芯片成本实现大批量的生产，此外还具有出色的均匀性和很大程度的可扩展性。多年来，学术界和工业界的大量研究和开发已经产生了多种解决方案来克服缺点。随着时间的推移，新的方法越来越多地被构想出来。事实上，今天各种基于硅基光电子工艺的芯片级器件已经成熟，通过不同的集成技术将片上激光器纳入各种应用。然而，主要制造商的设计和工艺路线仍有很大差异。从这个角度来看，PIC技术仍然处于起步阶段，具有最佳成本-性能-可靠性平衡的最终解决方案还没有脱颖而出。
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