中科院研制出国际首支可在室温下连续工作的硅衬底氮化镓基激光器

日前，从中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所获悉，该所研究员杨辉团队在硅上研制出第三代半导体氮化镓基激光器，这也是世界上第一支可以在室温下连续工作的硅衬底氮化镓基激光器。相关研究成果已于近日刊登在国际顶级的光学学术期刊《自然-光子学》杂志上。

在硅衬底上直接生长沉积高质量的第三代半导体氮化镓材料，不仅可以借助大尺寸、低成本硅晶圆及其自动化工艺线来大幅度降低氮化镓基器件的制造成本，还将为激光器等光电子器件与硅基电子器件的系统集成提供一种新的技术路线。

研究人员采用应力调控缓冲层技术，不仅成功抑制了因氮化镓材料与硅之间热膨胀系数不匹配而常常引起的龟裂，而且大幅度降低了氮化镓材料中的缺陷密度。目前，杨辉团队正致力于进一步提升器件性能及可靠性的研究，计划实现低成本的硅衬底氮化镓基激光器的产业化，并推进其在硅基光电集成中的应用。

随着半导体科技的高速发展，科技工作者发现基于传统技术路线来进行芯片与系统之间的数据通信越来越难以满足更快的通信速度以及更高的系统复杂度的需求。第三代半导体氮化镓在发光二极管LED和激光器等发光器件领域已经实现了广泛应用，为人类的高效节能照明作出了巨大贡献，相关科研成果获得了2014年诺贝尔物理学奖。

然而，由于第三代半导体氮化镓的热膨胀系数约是硅的两倍，在硅衬底上高温（1000摄氏度左右）生长沉积的氮化镓材料在降温时倾向于快速收缩，受到硅衬底向外拉扯的巨大张应力，因此氮化镓材料在降到室温过程中通常会发生龟裂，产生的微裂纹和其他缺陷严重影响材料质量和器件性能。

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