Sandia Labs发明一种硅上集成微光学器件的方法

据麦姆斯咨询报道，近期，位于美国新墨西哥州阿尔伯克基的桑迪亚国家实验室（Sandia Labs）的科学家开发出一种新型硅上集成微型激光器，并可以与其它微光学器件相结合。相关研发人员表示，该研究进展将有效提升自动驾驶汽车、数据中心、生化传感器和国防军事等领域的技术水平。

Sandia Labs因其将多种不同材料集成于硅衬底的新方法而获得了专利。该方法能够创建高带宽、高速的微光学器件，包括磷化铟（InP）激光器、铌酸锂调制器、锗探测器和低损耗声光隔离器。

Sandia Labs在8月1日发布的声明中指出：“在硅上制造激光器是一项具有挑战性且不寻常的壮举，可以扩大美国在半导体技术领域的领先地位。包括美国加州大学圣塔芭芭拉分校（UC Santa Barbara）和英特尔（Intel）等组织也制造了类似的激光器，但是Sandia Labs扩大了可集成的光学器件类别。这些器件第一次可以在光学微芯片或光子集成电路（PIC）上协同工作。”

Sandia Labs科学家Patrick Chu解释说：“该研究进展使得美国能够领先并减少对外国制造能力的依赖。”Patrick Chu是美国国家安全光子中心的联合负责人，该中心由60多名光子科学家和工程师组成，位于Sandia Labs的微系统工程、科学和应用综合体。

“硅是半导体行业的命脉，也是制造计算机芯片的优质材料。然而，就其本身而言，它是一种很糟糕的制造激光器的材料。”Sandia Labs科学家、新集成工艺的联合发明人Ashok Kodigala评论道。

Ashok Kodigala面临的挑战是设计一种让多种材料制成的光学器件在硅微芯片上共存的方法。Ashok Kodigala将光学器件以复杂的层形式融合于硅上，这一过程也称为异质集成。

Sandia Labs团队成功演示了异质集成技术来创建混合式硅器件：由磷化铟和硅制成的激光器和放大器，以及由铌酸锂和硅制成的调制器——其对激光器产生的光信息进行编码。

Sandia Labs表示半导体工厂现在就可以利用其新的异质集成技术。Sandia Labs建造了芯片级激光器，目标是将该技术转移到工业量产领域。因此，该研究团队使用了许多与商业半导体工厂相同的工艺设备。

Ashok Kodigala说：“一旦我们展示出这种光子集成平台，那么就可以将这项技术授权给美国商业化公司，他们可以专注于更大规模的生产与应用拓展。”

Ashok Kodigala在Sandia Labs定向研究和开发计划的资助下构思了他的方法，并在美国国防高级研究计划局（DARPA）的“通用微光学系统激光器”计划下开发了硅上集成微光学器件的方法。

2022年，美国总统乔·拜登（Joe Biden）签署了《芯片和科学法案（CHIPS and Science Act）》——为半导体行业提供527亿美元的政府补贴资金。虽然这项立法预计将增加美国制造的硅芯片产量，但它也为光子半导体提供了资金支持。

Sandia Labs补充说，“我们还在投资研发光学微芯片，因为它们比传统硅芯片能够更快传输数据，不过制造方面的挑战阻碍了它们的广泛采用。尽管这项技术在科学界众所周知，但在大多数微芯片方面，微电子技术仍然占据主导地位。”

Sandia Labs的定位是在未来几年支持行业和其他机构进行光子学相关技术研究和开发，尽管Sandia Labs的研究目前没有得到《芯片和科学法案》的资助。Patrick Chu补充道：“由于我们的工艺平台是可扩展的，因此这是我们支持《芯片和科学法案》使命的一种方式。Sandia Labs渴望与其他人员合作并共同构建新的技术。”

审核编辑：刘清