硅表面生长纳米激光器技术问世

2011-2-16 09:32 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网近日报道,美国加利福尼亚大学伯克利分校科学家利用新技术直接在硅表面生长出了极微小的纳米柱,形成一种亚波长激光器,这一成果将为制造纳米光学设备如激光器、光源检测仪、调制器、太阳能电池等带来新的突破。

  硅材料奠定了现代电子学的基础,但它在发光领域还有很多不足之处。工程人员转向了另外一族名为III-V半导体的新材料,以此来制造光基元件,如发光二极管和激光器。

  加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员通过金属—有机化学蒸发沉积的方法,在400摄氏度条件下,用一种III-V族材料铟镓砷在硅表面生长出纳米柱。这种纳米柱有着独特的六角形晶体结构,能将光线控制在它微小的管中,形成一种高效导控光腔。它能在室温下产生波长约950纳米的近红外激光,光线在其中以螺旋形式上下传播,经过光学上的相互作用而得以放大。

  研究人员指出,将III-V和硅结合制成单一的光电子芯片面临的最大障碍是,目前制造硅基材料的工业生产设备无法与制造III-V设备兼容。“要让III-V半导体在硅表面上生长,与硅制造设备兼容是关键,但由于经济和技术方面的原因,目前的硅电子生产设施很难改变。我们选用了一种能和CMOS(互补金属氧化半导体,用于制造集成线路)兼容的生长工艺,在硅芯片上成功整合了III-V纳米激光器。传统方法生长III-V半导体,要在700摄氏度或更高温度下进行,这会毁坏硅基电子元件。而新工艺在400摄氏度下就能生长出高质量III-V材料,保证了硅基电子元件正常发挥功能。”主要研究人员、加州大学伯克利分校电学工程与计算机科学教授康妮·张-哈斯南说。

  张-哈斯南还指出,这种亚波长激光器技术将对多科学领域产生广泛影响,包括材料科学、晶体管技术、激光科学、光电子学和光物理学,促进计算机、通讯、展示和光信号处理等领域光电子学的革命。“最终,我们希望加强这些激光的特征性能,以实现光子和电子设备的结合。”