日前從中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所獲悉，該所研究員楊輝團(tuán)隊(duì)在硅上研制出第三代半導(dǎo)體氮化鎵基激光器，這也是世界上第一支可以在室溫下連續(xù)工作的硅襯底氮化鎵基激光器。相關(guān)研究成果已于近日刊登在國(guó)際頂級(jí)的光學(xué)學(xué)術(shù)期刊《自然-光子學(xué)》雜志上。

　　在硅襯底上直接生長(zhǎng)沉積高質(zhì)量的第三代半導(dǎo)體氮化鎵材料，不僅可以借助大尺寸、低成本硅晶圓及其自動(dòng)化工藝線來(lái)大幅度降低氮化鎵基器件的制造成本，還將為激光器等光電子器件與硅基電子器件的系統(tǒng)集成提供一種新的技術(shù)路線。

　　研究人員采用應(yīng)力調(diào)控緩沖層技術(shù)，不僅成功抑制了因氮化鎵材料與硅之間熱膨脹系數(shù)不匹配而常常引起的龜裂，而且大幅度降低了氮化鎵材料中的缺陷密度。目前，楊輝團(tuán)隊(duì)正致力于進(jìn)一步提升器件性能及可靠性的研究，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)低成本的硅襯底氮化鎵基激光器的產(chǎn)業(yè)化，并推進(jìn)其在硅基光電集成中的應(yīng)用。

　　隨著半導(dǎo)體科技的高速發(fā)展，科技工作者發(fā)現(xiàn)基于傳統(tǒng)技術(shù)路線來(lái)進(jìn)行芯片與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信越來(lái)越難以滿足更快的通信速度以及更高的系統(tǒng)復(fù)雜度的需求。第三代半導(dǎo)體氮化鎵在發(fā)光二極管LED和激光器等發(fā)光器件領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用，為人類的高效節(jié)能照明作出了巨大貢獻(xiàn)，相關(guān)科研成果獲得了2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　然而，由于第三代半導(dǎo)體氮化鎵的熱膨脹系數(shù)約是硅的兩倍，在硅襯底上高溫（1000攝氏度左右）生長(zhǎng)沉積的氮化鎵材料在降溫時(shí)傾向于快速收縮，受到硅襯底向外拉扯的巨大張應(yīng)力，因此氮化鎵材料在降到室溫過(guò)程中通常會(huì)發(fā)生龜裂，產(chǎn)生的微裂紋和其他缺陷嚴(yán)重影響材料質(zhì)量和器件性能。