会发光的硅锗合金有望实现集成光子学新突破

欧洲的研究人员找到了一种使硅锗合金（SiGe）有效发光的方法，这一突破有望彻底改变集成硅光子技术。由埃因霍芬理工大学的Jos Haverkort及Erik Bakkers领导的SiLAS项目研究团队不久前在《自然》上发表了一篇关于这一进展的论文。在该论文中研究人员提出，将硅晶格的形状从常规的立方结构变为六方结构时，硅锗合金可以有效发光，这与现有的芯片和光子集成电路相兼容。尽管目前硅锗合金发光依赖于光激励，但SiLAS项目研究团队有信心去证明，这种新型晶体材料在电激励下发射激光的方案是可行的，而这种新型晶体材料是集成光子学发展的关键。
       早在2015年的时候，Bakkers及其在埃因霍芬理工大学的同事就获得了六方结构的硅晶体，但是那些纳米线结构无法发光。经过与SiLAS项目合作者慕尼黑工业大学的研究人员讨论后，他们优化实验方案，降低了合金中晶体缺陷和杂质含量。当用激光激励这种新型纳米线结构时，可以测量到亚纳秒量级、对温度不敏感的受激辐射，且具有与常规半导体激光器类似的复合寿命和发射率。
       Bakkers表示：“我们研究团队证明了通过控制六方硅锗合金的成分，可以实现激光波长的大范围调谐，同时保留了直接带隙。目前，基于这种六方硅锗合金材料，我们已经获得了几乎可与磷化铟和砷化镓相媲美的光学特性，并且材料的质量正在逐步提高。基于六方硅锗合金材料成功研发出硅激光器只是时间问题，如果一切进展顺利，预计可在2020年内产出硅基激光器样机。这一重大突破将实现在主要电子平台上紧密集成的光学功能，为芯片上的光学通信以及基于光谱学的廉价化学传感器领域带来新的前景与变革。”
       慕尼黑工业大学的合作者Jonathan Finley补充道：“如果我们能通过光学手段实现芯片内和芯片间的电子通信，速度可以提高到原来的1000倍。此外，光学和电子技术的直接结合可以大幅降低自动驾驶汽车激光雷达芯片、医疗诊断化学传感器以及空气、食品质量检测的成本。”

六方结构的硅锗合金